基于响应面法优化鲍曼不动杆菌BJ5菌株中儿茶酚1,2-双加氧酶和2,3-双加氧酶活性以促进芘的生物降解研究

为解决高环多环芳烃(HMW PAHs)生物降解效率低的问题，研究人员采用响应面法(RSM)优化了鲍曼不动杆菌BJ5菌株中儿茶酚1,2-双加氧酶(C12O)和2,3-双加氧酶(C23O)的活性参数。研究确定了C12O(最适pH 7.5、温度35°C、底物浓度6.0 mM)和C23O(最适pH 7.0、温度30°C、底物浓度4.0 mM)的最佳条件，并通过部分纯化使C12O比活性提升至87.33 μmol/min/mg。该研究为酶法修复污染环境提供了新策略。

　　

多环芳烃(PAHs)这类源自石油的顽固污染物，正随着有机化合物的广泛使用而遍布生态系统。其中四环以上的高环多环芳烃(HMW PAHs)如芘，因其结构稳定、水溶性低且具有神经毒性和肾毒性，被美国环保署列为优先控制污染物。传统物理化学处理方法效率有限，而微生物降解因其经济性和环境友好性成为研究热点。然而，目前对HMW PAHs降解酶系的系统研究仍存在明显空白。

针对这一科学问题，印度理工学院教育质量提升计划(TEQIP III)资助的昌迪加尔大学工程学院(UIET)研究团队，在《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》发表了创新性研究成果。该研究首次将响应面法(RSM)与Box-Behnken设计(BBD)相结合，系统优化了鲍曼不动杆菌(Acinetobacter baumannii)BJ5菌株中两个关键酶——含Fe³⁺的儿茶酚1,2-双加氧酶(C12O)和含Fe²⁺的儿茶酚2,3-双加氧酶(C23O)的催化条件，显著提升了其对芘的降解效率。

研究主要采用三项关键技术：1)通过单变量实验(OVAT)确定pH、温度和底物浓度的初始范围；2)运用响应面法建立多参数优化模型；3)采用硫酸铵沉淀和SDS-PAGE对C12O进行部分纯化。特别值得注意的是，研究团队此前已证实该菌株在1000 mg/L高浓度芘条件下14天内可实现58.9%的降解率。

在"底物浓度对C12O和C23O活性的影响"部分，研究发现当儿茶酚浓度超过4.0 mM(C12O)和3.5 mM(C23O)时，酶活显著下降，揭示了底物抑制现象。"结论"部分指出，C12O经优化后比活性从75.50提升至87.33 μmol/min/mg，纯度提高1.10倍；而C23O在30°C、pH 7.0时展现最佳活性。这些参数为实际修复应用提供了精确指导。

该研究的突破性在于：首次在革兰阴性菌中应用RSM优化HMW PAHs降解酶系；明确了两种双加氧酶在不同环境条件下的性能边界；通过部分纯化提升了C12O的催化效率。这些发现不仅填补了HMW PAHs酶促降解的研究空白，更为开发基于酶工程的生物修复技术奠定了理论基础。正如作者强调的，这项工作为持久性工业污染物的可持续治理提供了有价值的酶学策略。