红球菌Rhodococcus jostii RHA1新型脱氟酶的发现及其对PFAS化合物6:2氟调聚羧酸生物降解的机制研究

本研究针对环境持久性污染物PFAS（全氟和多氟烷基物质）难降解问题，从红球菌Rhodococcus jostii RHA1中鉴定出新型脱氟酶基因，通过异源重组表达证实其对6:2 FTCA（6:2氟调聚羧酸）的特异性脱氟能力。该酶可裂解C-F键（键能高达485 kJ/mol），为PFAS生物修复提供新工具，相关成果发表于《Enzyme and Microbial Technology》。

　　

随着全氟和多氟烷基物质（PFAS）在纺织品、食品包装等领域的广泛应用，这类"永久性化学物质"已成为全球性环境威胁。其C-F键键能高达485 kJ/mol，传统方法难以降解，而美国环保署（US-EPA）已将饮用水PFAS限值从70 ppt降至4 ppt。更严峻的是，PFAS暴露与高胆固醇血症、免疫功能损伤等健康风险直接相关。面对这一难题，斯里兰卡工业技术研究所（Industrial Technology Institute）的研究团队将目光投向了具有非凡降解能力的土壤细菌——红球菌Rhodococcus jostii RHA1。

研究人员采用转座子Tn5α插入突变和异源重组表达技术，首次在该菌株的巨型质粒上发现新型脱氟酶基因。实验显示，野生型RHA1在3天内可使6:2 FTCA释放115 μM氟离子，而该酶重组体在体外仍保持活性。通过19F-NMR和LC-MS/MS分析证实，该酶优先裂解6:2 FTCA羧基端氟原子，对不饱和类似物6:2 FTUCA也有中等活性。值得注意的是，该酶对短链PFAS（如PFHpA、PFHxA）的脱氟效率显著高于长链化合物。

关键实验技术：采用转座子Tn5α构建突变体库筛选关键基因；通过pET28a(+)载体在大肠杆菌BL21(DE3)中异源表达；使用19F-NMR和UPLC-QTOF-MS/MS监测脱氟过程；采用离子色谱法测定游离氟浓度；通过基因组步移技术定位功能基因。

Defluorination of 6:2 FTCA by WT RHA-1：野生菌在含葡萄糖培养基中3天释放115 μM氟离子，无碳源时仍可释放65 μM，证实其独立降解能力。

Conclusion：该研究首次阐明RHA1通过巨型质粒编码的特异性脱氟酶实现PFAS降解，为环境修复提供新酶源。其选择性脱氟特性提示可能存在"羧基邻近效应"，为设计高效降解酶提供方向。

这项发现突破性地解决了PFAS生物降解中C-F键断裂的酶学瓶颈，其重组表达体系为规模化应用奠定基础。鉴于RHA1已被证实可降解6:2 FTOH等多种PFAS前体，该酶的发现完善了PFAS微生物降解通路的理论框架，对应对全球PFAS污染危机具有重要实践价值。