微囊藻毒素降解酶的特性和催化机理研究

蓝藻水华在我国和世界仍呈现增加趋势，其最主要危害是产生并释放使人致癌的微囊藻毒素(Microsystins, MCs)，因此对人们饮用水安全构成了非常严重的威胁。MCs属于单环七肽化学结构稳定的化合物，而酶催化降解是高效去除MCs的最有效方法。我们在国内率先成功筛选出高效降解MCs的鞘氨醇单胞菌USTB-05等菌种，并在国内外首先成功克隆表达具备降解MCs活性酶的基础上，本申报项目拟采用含谷胱甘肽转移酶（GST）标签表达载体分别高效表达能够连续催化降解MCs的主要3种酶，使用GST结合树脂亲和层析柱分离纯化出单一的MCs降解酶。分别以MC-RR和MC-LR为底物，依次加入纯化单一MCs降解酶，得到MCs降解中间和最终产物。通过液质联用仪等测定MCs产物的质荷比并研究确定其分子结构，深入系统地探索酶催化降解不同类型MCs途径和分子机理共性和特性，为丰富发展MCs生物降解理论做出我们的贡献。

蓝藻水华污染最主要危害是产生并释放使人致癌的微囊藻毒素(Microsystins, MCs)，因此对人们饮水安全构成了非常严重的威胁。本研究在成功筛选出高效生物降解MCs的鞘氨醇单胞菌USTB-05基础上，成功克隆出了USTB-05-A、USTB-05-B和USTB-05-C 3个降解基因，同时表达出了具备连续催化降解MCs活性的3个重组酶。第1个降解基因USTB-05-A所表达的酶属于金属蛋白酶，能水解键能较弱的Adda-Arg肽键，把环状MCs降解成线性MCs；第2个降解基因USTB-05-B所表达的酶属于丝氨酸羧肽酶，识别断裂线性MCs中连接Ala与Leu的肽键，将线性七肽转化为线性四肽；第3个降解基因USTB-05-C所表达的酶属于金属蛋白酶类，所表达的重组酶既能识别断裂线性MCs七肽中的 Adda- D -Glu 肽键, 也能识别水解线性四肽中的 Adda- D -Glu 肽键, 均生成产物 Adda。更进一步扩展研究显示，鞘氨醇单胞菌USTB-05在细胞和酶水平均能够对单环五肽的节球藻毒素同样具有生物降解能力,这在我国尚未见有研究报道。