兽医药理学团队孙坚教授在药物残留与耐药性控制研究中取得新进展

抗生素的大量使用引起的药物残留是细菌耐药性进化的重要推手，已经严重威胁动物源食品安全与公共卫生安全。为降低抗生素残留对病原菌造成的选择压力，延缓细菌耐药性的发展，孙坚教授团队前期提出了“以子之矛攻子之盾”理念，通过酵母平台构建Tet(X4)降解酶的“生物工厂”，大量生产降解四环素残留的功能酶以实现环境改良（Sci Total Environ 2022, IF：9.8）。在此基础上，利用Tet(X4)黄素单加氧酶的特性，通过搭载铜基类芬顿催化物的方式增强了Tet(X4)在环境原位中的降解效率（Chem. Eng. J. 2023 IF: 15.1）。进一步通过利用酵母全细胞裂解物中的生物基质，为Tet(X4)原位抗生素降解中提供必需的辅因子与结构保护，大幅度降低其使用成本并增加了稳定性（Environ. Int. 2023, IF: 11.3）。并通过构建工程益生活酵母EMYA-01，实现了抗生素残留的体内降解（J. Clean. Prod.，IF：9.8）。为进一步平衡抗生素残留降解中的成本、效率以及生物安全性，孙坚教授团队基于合成生物学手段构建了一种模拟微生物中微区室结构（microcompartment）多酶复合体（multi-enzyme complex）FerTiG（ferritin-caged Tet(X4) with co-factor recycling property that powered by GDH）。

FerTiG整合了微生物中多种功能蛋白相互辅助，实现对四环素残留高效稳定安全的降解。其中，Tet(X4)作为降解模块负责四环素残留的分解，在此基础上，循环模块GDH能够通过催化葡萄糖氧化为Tet(X4)提供NADPH作为反应的辅基，维持四环素分解反应持续进行，共同翻译的保护模块 Ferritin能够在上述两种功能酶外部形成一层致密区室，抵抗外界逆境因素的干扰，始终维持分解反应的高效进行。结果表明FerTiG能够在廉价底物葡萄糖的驱动下快速分解水体中的四环素残留，在降低10倍成本的基础上提升反应效率约7倍。不但如此，FerTiG相较于单独降解酶的应用能够在多种逆境条件下（低pH、高温、高渗、紫外辐照等）维持反应的高效进行。并且相较于使用活菌，FerTiG展现了优越的安全性能，在降解抗生素残留的同时最大限度降低了生物安全与生态安全风险。本研究不但提供了FerTiG作为消除抗生素残留中的有效策略，还揭示了利用合成生物学构建“仿微区室结构模块化功能酶复合体”通过级联催化在清除其他环境污染物中的功能范式。