氨基糖苷类抗生素使用广泛，具有强耳毒性和肾毒性，因糖苷键结构非常稳定极难降解。王明兹教授课题组筛选到一株能高效降解卡那霉素等氨基糖苷类抗生素的耐药性菌株-污水球菌（Aquamicrobium sp A3-1），研究发现由一种新型氧化还原酶AquKGD催化降解反应，直接将氨基糖苷类抗生素分子糖苷键断裂，对微生物耐药研究和开发新型有机污染物酶促降解应用具有重要意义。2023年3月1日，该成果以“Deglycosylation Inactivation Initiated by a Novel Periplasmic Dehydrogenase Complex Provides a Novel Strategy for Eliminating the Recalcitrant Antibiotic Kanamycin”为题由《Environmental Science & Technology》杂志在线发表。
新型氧化还原酶AquKGD能将卡那霉素（氨基环醇 4,6-O-氨基糖二苷）降解为氨基环醇 6-O-氨基糖苷（kana-1），致其失活（图1A），酶蛋白由两个亚基组成（图1B），大亚基为依赖FAD的脱氢酶（FAD-dependent dehydrogenase）（图1C和D），小亚基是一个双精氨酸转运系统信号分子。
图1 氧化还原酶AquKGD的降解活性及基本特性
新型氧化还原酶AquKGD是一个周质空间蛋白，AquKGD发挥酶活及成功转运到周质空间需要两个亚基同时在一个细胞中表达（图2）。体外表达的氧化还原酶AquKGD固定在磁性纳米载体可以实现对卡那霉素废水和废渣的高效去除，并可反复使用（图3），经AquKGD降解后的产物生物毒性和细胞毒性与卡那霉素相比明显降低（图4）。
图2 氧化还原酶AquKGD及其大小亚基分别表达降解活性和能否转运到周质空间的影响
图3 固定化氧化还原酶AquKGD对废水和废渣中卡那霉素残留的去除效果
图4 氧化还原酶AquKGD降解产物的生物毒性和细胞毒性
本文福建师范大学为第一完成单位，王明兹教授和陈必链教授为论文的通讯作者，福建师范大学生命科学学院和工业微生物教育部工程中心为第一通讯单位，2016级博士生陈志红为第一作者，2022级博士生刘欣、2012级硕士生陈立文，山东大学韩勇副教授和沈月毛教授为本文的共同作者。该研究得到福建省科技厅创新基金项目的资助。
全文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.2c09565