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科研进展

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赵方杰教授团队揭示了土壤微生物单加氧酶在有机砷抗性机制中的作用

发布时间:2021-04-09 点击次数:

微生物在砷的生物地球化学循环中扮演着重要角色。由于砷的毒性,微生物进化出不同的代谢机制来应对其毒害,这些机制包括氧化、还原、甲基化、脱甲基、挥发、外排等。一些微生物能将无机三价砷[As(III)]甲基化产生毒性低的甲基五价砷。然而,砷甲基化过程的中间产物单甲基三价砷[MAs(III)]具有比As(III)更强的毒性。有意思的是,有些微生物通过产生剧毒的MAs(III)抑制其它微生物生长,将MAs(III)当做一种原始的抗生素。为了抵抗这种抗生素,微生物需要进化出对MAs(III)进行解毒的机制。

资环学院赵方杰团队从砷污染水稻土分离到一株耐砷的细菌Ensifer adhaerensST2,发现该菌株含有一个新的砷抗性基因簇arsRVK,其中编码的ArsV是一个具有未知功能的单加氧酶。异源基因表达实验表明,arsV基因可以赋予砷敏感大肠杆菌AW3110更高的MAs(III)抗性和氧化MAs(III)的能力。通过纯化蛋白的酶学实验证明,在NADPH和FAD或FMN存在的条件下,ArsV蛋白可以将MAs(III)氧化为毒性低的MAs(V)(图1),并且可以将三价锑[Sb(III)]氧化为毒性低五价锑Sb(V)。arsRVK基因簇存在于多种细菌的基因组中(图1)。通过对稻田土壤的宏基因组数据分析表明,arsV同源基因的丰度为0.12 ~ 0.25 ppm,与另一个已报道的MAs(III)氧化酶基因(arsH)丰度相似。这些结果表明,ArsV是一种新型的MAs(III)和Sb(III)的解毒酶,编码arsV的基因广泛存在于土壤细菌中。

1. 土壤中广泛存在arsV基因及ArsV氧化解毒MAs(III)的机制

近日,该研究结果以“Oxidation of organoarsenicals and antimonite by a novel flavin monooxygenase widely present in soil bacteria”为题目在Environmental Microbiology在线发表。张隽副教授为论文第一作者,赵方杰教授为通讯作者。资环院蔡枫博士、硕士生吴亦飞和王子萍、广东省生态环境技术研究所孙晓旭博士、英国利兹大学肖可青博士、以及佛罗里达国际大学的Barry P. Rosen教授和陈健博士参与了部分研究工作。本项目研究得到了国家自然科学基金(41930758和31970108)等项目的资助。

论文链接:https://doi.org/10.1111/1462-2920.15488

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