通过Pseudomonas nitroreducens TX1对乙氧基化表面活性剂降解的比较蛋白质组学研究

《International Biodeterioration & Biodegradation》：Comparative proteomics insights into the degradation of ethoxylated surfactants by Pseudomonas nitroreducens TX1

本研究通过比较蛋白质组学方法，系统分析了Pseudomonas nitroreducens TX1降解OPEO（辛基酚聚氧乙烯酯）过程中关键酶的表达规律。研究发现43个蛋白斑点（2D凝胶）和25个蛋白带（SDS-PAGE结合活性导向亚蛋白组学）显著上调，20个蛋白斑点和11个蛋白带显著下调，揭示了OPEO通过ABC转运蛋白和膜蛋白进入细胞的机制，以及以二氢硫胺素脱氢酶和NADPH:醌还原酶为核心的氧化降解途径。同时证实糖原代谢途径（如苹果酸合酶、异柠檬酸裂解酶）参与降解中间体的整合利用。该研究首次定量解析了OPEO降解的蛋白质图谱，为微生物修复技术提供了新理论依据。

　　

阮国光（Tuan Ngoc Nguyen）| 周芳凤（Fang-Feng Chiu）| 黄诗莉（Shir-Ly Huang）

越南胡志明市同德昌大学应用科学学院，先进材料应用研究小组，专注于可持续发展

摘要

Pseudomonas nitroreducens TX1（ATCC PTA-6168）菌株因其能够高效去除辛基酚聚氧乙烯醚（OPEO_n）而备受关注。OPEO_n属于非离子表面活性剂，广泛应用于工业、农业和家庭领域。尽管已经研究了OPEO_n的生物降解途径，但在代谢过程中关键酶的表达水平变化仍缺乏定量分析。在本研究中，我们采用比较蛋白质组学方法，探讨了TX1菌株在以OPEO_n为唯一碳源时的关键酶的差异表达与调控机制。研究发现，在OPEO_n培养条件下，有43个蛋白质点（2D凝胶）和25个蛋白质条带（SDS-PAGE结合活性导向的亚蛋白质组分析）显著上调，而20个蛋白质点和11个蛋白质条带显著下调。基于蛋白质组学结果，推测OPEO_n及其中间产物可能通过膜转运系统（主要是ABC转运蛋白和外膜蛋白）被吸收。关键氧化还原酶如二氢脂酰胺脱氢酶和NADPH:醌还原酶可能参与OPEO_n的氧化降解。FAD/FMN含量的脱氢酶和NAD依赖性醛脱氢酶的表达升高表明氧化反应参与了OPEO_n侧链的降解过程，并将电子传递至呼吸链。此外，糖醛酸脱氢酶、异柠檬酸裂解酶和苹果酸合成酶的表达也有所增加，进一步证实了OPEO_n中间产物被整合到糖醛酸循环中的现象。因此，本研究首次提供了关于P. nitroreducens TX1中OPEO_n代谢的定量蛋白质组学见解。

引言

< />_n），包括壬基酚聚氧乙烯醚（NPEO_n）和辛基酚聚氧乙烯醚（OPEO_n），由于其作为非离子表面活性剂的广泛应用，具有显著的环境持久性和转化潜力（Bui等，2025；Chen等，2006；Lau和Chang，2024；Lin等，2010；Tuan等，2011, 2013）。在废水处理和环境中，APEO_n会发生部分降解，生成链长较短的聚氧乙烯醚和酚类代谢物，这些代谢物具有更高的疏水性、生物累积潜力以及对水生生物的内分泌干扰毒性，且影响范围更广（Ferguson等，2001；Lau和Chang，2024）。因此，APEO_n及其代谢物的生物降解性和生态影响已成为重要的研究课题。在分离出的微生物菌株中，Pseudomonas nitroreducens TX1在广泛的浓度范围内（0.05–20%）表现出利用OPEO_n作为唯一碳源和能源的显著能力，显示出其作为APEO_n污染环境生物降解和解毒高效生物催化剂的潜力（Bui等，2025；Chen等，2006；Huang等，2014；Hung等，2019；Lin等，2010；Nguyen等，2016）。

Pseudomonas nitroreducens TX1已被报道可通过氧化缩短聚氧乙烯醚链来降解OPEO_n，生成OPEO_1-3、OP、COPEO_2-3、COPEC_2-3和OPEC_1-3等代谢物，这一过程发生在聚氧乙烯醚链的末端羟基处（Chen等，2006；Lin等，2010）。基因组测序和转座子突变分析表明，参与糖醛酸循环的基因在OPEO_n代谢中起关键作用（Huang等，2014；Nguyen等，2016）。此外，二氢脂酰胺脱氢酶活性的检测表明可能存在Fenton型自由基机制，导致聚氧乙烯醚单元的非特异性断裂（Hung等，2019）。转录组分析显示，在OPEO_n降解过程中有219个基因上调、22个基因下调。基因本体富集分析表明氧化还原酶和电子转移相关功能以及辅因子和膜相关功能的激活，反映了复杂的氧化代谢过程。特别是，编码吡咯喹啉醌（PQQ）依赖性醇脱氢酶、醛脱氢酶、细胞色素c550和PQQ生物合成蛋白的基因上调，表明存在协调的聚氧乙烯醚链氧化途径；而aceA和aceB的表达增加证实了糖醛酸循环的运作，有助于将降解中间产物有效整合到中央碳代谢中（Bui等，2025）。

蛋白质组学是一种研究蛋白质表达、翻译后修饰及相互作用的组学技术，可用于探讨微生物的表型和代谢机制（El-Sabeh等，2025；Macêdo等，2024）。近年来，“组学”方法的进步以及2D凝胶电泳与质谱联用等蛋白质分离技术的发展，为了解微生物的总蛋白质表达提供了更多信息（Cui等，2025；Macêdo等，2024）。然而，由于技术复杂性和数据分析工作量大，难以实现精确定量。本研究通过2D凝胶电泳（包括总提取蛋白）和1D电泳，深入分析了TX1菌株在OPEO_n代谢过程中的蛋白质表达变化。同时，我们还探讨了OPEO_n代谢的潜在机制，并提出了其降解途径。

化学品

OPEO_n表面活性剂（商品名Triton X-100^R）购自德国达姆施塔特的Merck Chemical Co公司。根据制造商信息，Triton X-100的平均聚氧乙烯醚单元数为9.5个，对应的平均分子量约为625。所有试剂均购自德国达姆施塔特的Merck Chemical Co公司，纯度为98–99.5%。

细菌菌株及培养条件

P. nitroreducens TX1（ATCC PTA-6168）菌株因其能利用0.05–20%的OPEO_n作为碳源而备受关注

P. nitroreducens TX1在MSB/0.5% OPEO_n与0.5%琥珀酸培养条件下的生长情况

为标准化蛋白质组学分析样品的制备，P. nitroreducens TX1在含有OPEO_n或琥珀酸的MSB培养基中于30°C下培养。在5升搅拌式生物反应器中，通过分光光度法监测了12小时内的生长情况。结果显示，TX1菌株在含有琥珀酸的MSB培养基中生长较快，4小时后达到生长平台期；而在含有OPEO_n的MSB培养基中，9小时后达到生长平台期（图1）。

讨论

P. nitroreducens TX1在广泛的浓度范围内（0.05–20%）能够有效利用辛基酚聚氧乙烯醚（OPEO_n作为唯一碳源（Bui等，2025；Chen等，2006；Huang等，2014；Hung等，2019；Lin等，2010；Nguyen等，2016；Tuan等，2011）。虽然已有研究探讨了OPEO_n的利用和降解途径，但尚未进行详细的蛋白质和酶的定量分析

结论

蛋白质组学分析表明，Pseudomonas nitroreducens TX1采用多种适应性策略利用OPEO_n作为碳源和能源。该菌株通过上调ABC转运蛋白、外膜蛋白和膜稳定系统来促进OPEO_n的吸收，同时维持膜完整性以应对表面活性剂带来的压力。同时，二氢脂酰胺脱氢酶和NADPH:醌还原酶等氧化还原酶参与自由基的形成

CRediT作者贡献声明

阮国光（Tuan Ngoc Nguyen）： 起草初稿、验证、软件使用、数据管理。周芳凤（Fang-Feng Chiu）： 方法学设计、数据管理。黄诗莉（Shir-Ly Huang）： 文章撰写与编辑、监督、资源协调、项目管理、方法学设计、资金申请、概念构思。

资助

本研究得到了台湾科技部（NSC 102-2628-B-008-001-MY3、MOST 105-2320-B-010-038、MOST 106-2320-B-010–020-MY3和MOST 109-2320-B-010–010-MY3）的支持。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。