丙硫醇（Propanethiol, PT）是一种嗅觉阈值极低的含硫恶臭挥发性污染物（VOSCs），PT污染对自然环境和人类的健康造成了严重影响。利用微生物代谢治理这些环境污染物是有效而经济的手段。然而，迄今发现的VOSCs降解微生物仍然较少，且其体内的代谢机制仍不明确。这些大大限制了微生物治理硫恶臭挥发性污染物的进展。
我院钟卫鸿教授团队与环境学院陈建孟教授团队合作，以前期研究中发现的一株丙硫醇能高效降解菌Pseudomonas putida S-1为对象，通过比较基因组、转录组、代谢组分析，结合基因编辑技术、酶动力学性质分析等手段，深入解析了P. putida S-1细胞内PT分解脱硫的代谢网络，并确定了2个代谢关键基因模块。第一个关键酶是丙硫醇氧化还原酶（PTO），该酶能够高效催化PT产生硫化氢（H2S），过氧化氢（H2O2）和丙醛（propionaldehyde）。该酶的敲除会导致S-1无法利用PT。第二个关键酶是硫醌氧化还原酶（SQOR），该酶能在辅酶的协助下将H2S转化为硫单质，可将PTO催化产生的H2S快速转化。发现S1基因组含有2个SQOR基因，同时敲除2个SQOR基因也使S-1完全失去利用PT作为唯一碳源代谢生存的能力。
Figure 1. The identification and characterization of the PTO gene.
Figure 2. The identification and characterization of SQOR genes.
Figure 3. Physiological effects of overexpressing gene 3403 in P. putida S-1.
Figure 4. Effects of modulating the transcription level of sqor genes in P. putida S-1 on sulfide degradation efficiency.
Figure 5 Effects of increasing the transcription level of 3435 genes in P. putida S-1 on PT degradation efficiency and cell growth rate.
课题组进一步利用基因编辑手段，在S-1的基因组上增加PTO基因的拷贝数，得到的突变株S-1:3403生长和PT降解效率比野生型菌株明显提高（图4）。同样利用基因编辑手段提高SQOR基因3435其在P. putida S-1基因组上的拷贝数，也显著提高S-1:3403的细菌生长速率和PT降解速率。该研究不仅揭示了一条独特的丙硫醇代谢途径，还展示了有针对性地增强微生物脱硫过程在治理硫醇环境污染方面具有大的应用潜力。
相关研究成果近期以“The critical roles of propanethiol oxidoreductase and sulfide-quinone oxidoreductase in the propanethiol catabolism pathway in Pseudomonas putida S-1”为题，在微生物学领域重要期刊Applied and Environmental Microbiology发表。我院青年教师乔沛为论文第一作者；我院钟卫鸿教授和环境学院陈建孟教授为论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金重点项目（21938012），国家自然科学基金面上项目（31970104），国家重点研发计划（2021YFA0909500），和浙江省自然科学基金（LQ23C010003）的支持。
论文信息：Pei Qiao, Lixiao Ning, Jinhui Chen, Yuhang Tang, Rui Zhao, Guoqing Chen, Qun Ye, Tong Zhou, Jianmeng Chen*, Weihong Zhong*. 2023. The critical roles of propanethiol oxidoreductase and sulfide-quinone oxidoreductase in the propanethiol catabolism pathway in Pseudomonas putida S-1. Applied and Environmental Microbiology, DOI: 10.1128/aem.01959-23.
论文链接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/aem.01959-23