近日，本室唐鸿志教授团队在多环芳烃降解关键酶的研究方面取得新进展，通过合成生物学理性设计以及改造实现低分子量多环芳烃到高分子量多环芳烃的降解，为环境治理及修复提供了潜在的应用价值。相关研究以“Fine-tuning an aromatic ring-hydroxylating oxygenase to degrade high molecular weight polycyclic aromatic hydrocarbon”为题发表于生化领域主流期刊《Journal of Biological Chemistry》，上海交通大学博士生郭丽华和欧阳兴宇为共同第一作者，唐鸿志教授为通讯作者。
研究团队前期在高温菌株解氢芽孢杆菌Hydrogenibacillus sp. N12中鉴定了一种V型芳香环羟化酶NarA2B2，可催化萘、菲、芴、苊、咔唑、二苯并噻吩、联苯和芘的降解；该酶同时具有单加氧酶和双加氧酶的催化功能；NarA2B2对O2敏感，与还原剂L-抗坏血酸在厌氧环境下孵育可恢复其体外催化活性。该研究填补了高温微生物中PAHs降解关键酶催化性质的研究空白，为后续高温环境下PAHs的生物修复提供高效的基因元件（图1）。文章链接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/aem.00865-23。
图1 芳香环羟化酶NarA2B2的纯化和体外催化活性表征
在上述基础上，本研究证实来源于Hydrogenibacillus sp. N12中的芳香环羟化酶NarAaAb相对于NarA2B2具有更广泛的底物谱和更强的高分子量PAHs的催化能力，但在适配相同电子传递蛋白PhtAcAd时，NarA2B2相对于NarAaAb具有更高的热稳定性。利用AlphaFold2 Multimer比较NarA2B2和NarAaAb三维结构，发现NarAaAb的底物口袋更大，组成两者底物口袋的氨基酸残基中只有4个氨基酸残基存在差异，并且这4个氨基酸残基对NarAaAb催化高分子量PAHs的降解具有至关重要作用。为获得能够在高温下高效催化高分子量PAHs降解的芳香环羟化酶，对NarA2B2进行理性设计和改造，3种代表性突变体W316I、Y300FW316I、V236AW316IL375F除保留原有的低分子量PAHs降解能力外，还可催化多种高分子量PAHs的降解，且对不同高分子量PAHs的催化效率是同工酶NarAaAb的2-4倍（图2）。
图2 改造后的芳香环羟化酶NarA2B2的三维结构变化（A）及对高分子量PAHs的催化特性（B）
本研究聚焦于芳香环羟化酶NarA2B2底物谱的理性设计和改造，实现从低分子量PAHs到高分子量PAHs的降解，为高分子量PAHs污染的生物修复提供多种基因资源。
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以上工作得到国家重点研发计划（2021YFA0909500）、国家自然科学基金委员会（32370106、32030004）和上海市优秀学术带头人（20XD1421900）等项目的支持。
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