米曲霉降解尼古丁的代谢途径、酶及其基因研究

尼古丁是烟草中主要的生物碱，易穿过生物膜和血脑屏障，对人类产生毒害。降低烟草及烟草加工废弃物中的尼古丁含量，对于提高吸烟的安全性以及减少环境污染均具有重要意义。微生物降解尼古丁一直是研究热点。细菌降解尼古丁的代谢途径、酶及其基因已经得到了深入研究。真菌此方面的报道非常少，其代谢途径研究几乎空白。基于最近我们在国际上首次提出了一条米曲霉降解尼古丁的代谢途径（Res Microbiol, 2010, 161:626-633）中还存在着多种推测的未确定中间代谢产物，其酶学和遗传学机制还都未知，本项目拟分离并结构解析该菌株尼古丁代谢的重要中间产物，阐明其代谢途径；开展该菌株尼古丁代谢酶及其基因研究，阐明其降解尼古丁的酶学机制和遗传基础。该项目完成不仅可以填补国际上真菌降解尼古丁的代谢途径、酶及其基因的系统研究空白，而且对于其他真核高等生物如烟草植物和人类的尼古丁代谢研究也具有重要的参考价值。

尼古丁是烟草中主要的生物碱，易穿过生物膜和血脑屏障，对人类产生毒害。降低烟草及烟草加工废弃物中的尼古丁含量，对于提高吸烟的安全性以及减少环境污染均具有重要意义。微生物降解尼古丁一直是研究热点。细菌降解尼古丁的代谢途径、酶及其基因已经得到了深入研究。真菌此方面的报道非常少，其代谢途径研究几乎空白。基于前期我们在国际上首次提出的一条米曲霉降解尼古丁的代谢途径（Res Microbiol, 2010, 161:626-633）中还存在着多种未确定的中间代谢产物；参与该途径催化的蛋白质，其基因、功能和调控通路还都未知。本项目的研究着眼于分离并结构解析米曲霉尼古丁代谢的重要中间产物，阐明其代谢途径；开展米曲霉尼古丁代谢酶及其基因研究，阐明其降解尼古丁的酶学机制和遗传基础。目前，我们已成功分离和鉴定了米曲霉降解尼古丁的代谢途径中的7个代谢中间产物；锁定了该途径中第一步反应的尼古丁去甲基酶的细胞定位和候选基因，克隆和异源表达了该酶及其NAD(P)H-还原酶；同时也研究了该途径中出现的新产物N-甲基烟酰胺代谢相关的羟化酶；还进一步构建了能够对该途径中各步催化相关基因敲除的基于CRISRP/Cas9系统的底盘菌株。以上研究结果将首次揭示真菌降解尼古丁的代谢途径及其关键酶的基因信息和功能，丰富降解尼古丁的微生物资源，并对于其它真核高等生物如烟草植物和人类的尼古丁代谢研究具有重要的参考价值。