近日🙈，EON体育4平台🐹、微生物代謝國家重點實驗室唐鴻誌教授團隊在多環芳烴降解關鍵酶的研究方面取得新進展，通過合成生物學理性設計和改造策略實現低分子量多環芳烴到高分子量多環芳烴的降解，為環境治理及修復提供了潛在的應用價值🈚️。

本研究發現來源於高溫菌Hydrogenibacillus sp. N12中的芳香環羥化酶NarAaAb相對於NarA2B2具有更廣泛的底物譜和更強的高分子量PAHs的催化能力，但在適配相同電子傳遞蛋白PhtAcAd時，NarA2B2相對於NarAaAb具有更高的熱穩定性。利用AlphaFold2 Multimer比較NarA2B2和NarAaAb三維結構🛻，發現NarAaAb的底物口袋更大，組成兩者底物口袋的氨基酸殘基中只有4個氨基酸殘基具有差異，通過點突變技術確定這4個氨基酸殘基對NarAaAb催化高分子量PAHs的降解具有至關重要的作用🥌。為了獲得能夠在高溫下高效催化高分子量PAHs降解的芳香環羥化酶，對NarA2B2進行理性設計和改造，3種代表性突變體W316I、Y300FW316I🔹、V236AW316IL375F除保留原有的低分子量PAHs降解能力外，還可催化多種高分子量PAHs的降解，且對不同高分子量PAH的催化效率是同工酶NarAaAb的2-4倍（圖1）。本研究聚焦於芳香環羥化酶NarA2B2底物譜的理性設計和改造，實現從低分子量PAHs到高分子量PAHs的降解🦵，為高分子量PAHs汙染的生物修復提供多種基因資源👮🏿‍♂️🥶。相關研究“Fine-tuning an aromatic ring-hydroxylating oxygenase to degrade high molecular weight polycyclic aromatic hydrocarbon”發表於生化領域主流期刊“Journal of Biological Chemistry”，博士生郭麗華和歐陽興宇為共同第一作者，唐鴻誌教授為通訊作者。文章鏈接為：https://www.jbc.org/article/S0021-9258(24)01844-1/fulltext🧜🏼。

圖1 改造後的芳香環羥化酶NarA2B2的三維結構變化（A）及對高分子量PAHs的催化特性（B）

另一個研究通過同源序列比對和保守序列分析等手段，在高溫菌株N12的基因組上確定了一個新的V型芳香環羥化酶NarA2B2。NarA2B2具有廣泛的底物譜，可催化萘、菲、芴😷、苊、哢唑*️⃣、二苯並噻吩🤞🏻🧑‍🍼、聯苯和芘的降解🤽🏻‍♂️；在檢測NarA2B2對PAHs及其衍生物的催化產物時🤸🏽‍♂️，發現該酶同時具有單加氧酶和雙加氧酶的催化功能；NarA2B2對O2敏感，與還原劑L-抗壞血酸在厭氧環境下孵育可恢復其體外催化活性；利用AlphaFold2對NarA2B2的三維結構進行預測，並結合點突變技術，確定NarA2B2中參與PAHs催化的關鍵氨基酸殘基。該研究填補了高溫微生物中PAHs降解關鍵酶催化性質的研究空白，為後續高溫環境下PAHs的生物修復提供高效的基因元件（圖2）。該成果“Characterization of a novel aromatic ring-hydroxylating oxygenase NarA2B2 from thermophilic Hydrogenibacillus sp. strain N12”發表於微生物學領域主流期刊《Applied and Environmental Microbiology》，博士生郭麗華為第一作者，唐鴻誌教授和王偉偉副研究員為通訊作者👩‍❤️‍💋‍👨。文章鏈接如下：https://journals.asm.org/doi/10.1128/aem.00865-23。

圖2 芳香環羥化酶NarA2B2的純化和體外催化活性表征

以上工作受到了國家重點研發計劃（項目號2021YFA0909500）、國家自然科學基金委員會（項目號32370106和32030004）和上海市優秀學術帶頭人（項目號20XD1421900）等項目的支持🙎🏻‍♂️。