10月6日，中国海洋大学海洋生命学院张玉忠教授团队与山东大学等单位合作，在Nature Communications在线发表了题为“A pathway for chitin oxidation in marine bacteria”（海洋细菌中几丁质氧化降解通路）的研究论文。张玉忠教授和山东大学的李平一副研究员为该研究的共同通讯作者，博士研究生姜文欣和李平一副研究员为并列第一作者，中国海洋大学为第一作者单位和通讯作者单位。
几丁质是自然界中除纤维素以外的第二大生物质资源，其在环境中以结晶形式存在。近年来，单加氧酶（lytic polysaccharide monooxygenase，LPMO）驱动的氧化降解被发现在天然结晶几丁质的降解过程中发挥重要作用。目前已报道的具有几丁质降解活性的LPMO均只能氧化几丁质的C1位原子生成末端为N-乙酰-D-葡萄糖酸内酯（2-(acetylamino)-2-deoxy-D-gluconic acid，GlcNAc1A）的氧化性几丁寡糖。但是，关于细菌（包括陆源和海洋细菌）如何利用几丁质的氧化降解产物至今仍未有研究。
本研究中，张玉忠教授团队通过转录组、蛋白质组、体内遗传学和体外生化分析揭示出海洋细菌Pseudoalteromonas prydzensis中几丁质氧化降解的完整通路（图1）。该通路包括了几丁质的胞外氧化降解释放出氧化性几丁质寡糖的过程、氧化性几丁寡糖从胞外向周质空间的跨膜转运、周质空间内氧化性几丁寡糖的水解以释放氧化性单糖GlcNAc1A的过程，GlcNAc1A从周质空间向胞内的跨膜转运以及GlcNAc1A的胞内分解代谢。本研究揭示出几丁质的氧化降解通路在酶蛋白、转运蛋白和调控蛋白方面显著不同于已报道的几丁质水解通路。并且，几丁质的氧化降解特有产物——GlcNAc1A的分解代谢不同于N-乙酰葡萄糖胺等其他单糖的分解代谢，而与N-乙酰-D-氨基酸的分解代谢相类似。GlcNAc1A直接被脱乙酰、脱氨和磷酸化转化成KDG-6-P从而进入中心代谢途径。基因组和宏基因组分析表明，本研究所揭示的几丁质氧化降解通路在海洋γ-变形菌纲中广泛存在，尤其是γ-变形菌纲中的弧菌属和假交替单胞菌属。通过分析多株海洋假交替单胞菌和海洋弧菌对天然结晶几丁质的降解能力及其基因组中几丁质氧化降解相关基因的分布情况，揭示出含有几丁质氧化降解完整代谢通路的海洋细菌类群在海洋环境中几丁质颗粒的初始降解中发挥重要作用，本研究有助于阐明氧化降解在海洋几丁质降解中所做出的贡献。
图1 Pseudoalteromonas prydzensis中几丁质氧化降解的完整通路示意图。
张玉忠教授领衔的研究团队长期从事海洋微生物学与微生物海洋学研究，近年来在海洋微生物驱动的碳、氮、硫元素循环领域取得了系列研究成果。本次在Nature Communications上发表的研究成果是该团队在海洋微生学研究领域取得的又一重要研究进展。
该论文由中国海洋大学、山东大学、青岛海洋科学与技术国家实验室、英国University of Warwick等单位的相关学者合作完成。研究工作得到了国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金重大研究计划、山东省重大科技创新工程、泰山学者攀登计划等项目的资助。
通讯员：李春阳