Site-2蛋白酶样蛋白(S2plp)调控红球菌有机溶剂耐受性的分子机制及工业应用潜力

本研究针对红球菌在生物催化与生物修复中面临的有机溶剂毒性问题，通过过表达Site-2蛋白酶样蛋白(S2plp)，显著提升了Rhodococcus ruber SD3的溶剂耐受性。转录组分析揭示13个关键上调基因涉及DNA修复通路，首次阐明S2plp通过调控金属肽酶(M50)、ATP酶(SMC)等靶点增强细菌抗逆性的分子机制，为工业菌株改造提供了新策略。

　　

在环境生物技术和工业微生物领域，红球菌(Rhodococcus)因其卓越的降解能力和代谢多样性备受关注。然而这类革兰氏阳性菌在实际应用中面临严峻挑战——有机溶剂会破坏细胞膜完整性并引发DNA损伤，严重制约其在生物修复和手性化合物合成中的效率。以Rhodococcus ruber SD3为例，虽然该菌株能从污染土壤中高效降解酚类物质，但溶剂胁迫导致的生长抑制仍是瓶颈。

中国的研究团队基于前期发现——酚胁迫下R. ruber SD3中一种未表征蛋白(A0A098BH47)表达量激增5.25倍，通过生物信息学鉴定其为Site-2蛋白酶样蛋白(Site-2 protease-like protein, S2plp)。这类具有HExxH和LDG(FDG)保守模体的膜蛋白酶，以往研究多集中于病原菌的铁摄取调控，而在非模式菌的抗逆机制中几乎空白。研究人员创新性地将S2plp与溶剂耐受性建立关联，相关成果发表于《Journal of Microbiological Methods》。

研究采用电转化技术构建重组质粒pNV18-s2plp，通过比较转录组学和KEGG通路分析揭示分子机制。关键发现包括：1) 过表达株在多种有机溶剂中生长优势显著；2) 13个核心基因表达上调，涵盖氨基糖苷O-磷酸转移酶、转座酶等；3) SMC家族ATP酶和M50金属肽酶的协同作用暗示DNA修复通路激活。这些发现不仅拓展了对细菌应激响应的认知，更为构建高效工业菌株提供了新靶点。

主要技术方法
通过电转化将重组质粒pNV18-s2plp导入R. ruber SD3（菌株保藏号CCTCC M2012035）；采用T/A克隆获取s2plp基因序列（NCBI登录号MK754431）；利用Clustal Omega进行蛋白序列比对；转录组测序筛选差异表达基因；KEGG数据库进行通路富集分析。

研究结果

1. Bacterial strains, plasmids and reagents
   从污染污泥分离的R. ruber SD3经工程改造后，携带pNV18-s2plp的重组菌株表现出显著溶剂耐受性。

2. T/A cloning and in-silico analysis of s2plp gene
   S2plp蛋白含252个氨基酸（26.335 kDa），理论等电点10.96，具有典型锌离子结合位点。系统发育分析显示其与分枝杆菌S2P亲缘性最近。

3. Transcriptomic profiling
   鉴定出13个显著上调基因，包括：

• 参与DNA损伤修复的SMC家族ATP酶
• 调控蛋白降解的M50金属肽酶
• 3个功能未知的小RNA(sRNAs)

结论与意义
该研究首次证实S2plp通过激活DNA修复网络增强R. ruber的溶剂抗性，其分子机制涉及：1) 金属肽酶介导的异常蛋白清除；2) ATP酶驱动的染色体稳定性维持；3) sRNAs可能的转录后调控。这种多靶点协同作用模式，为开发耐受性菌株提供了全新思路，在石油污染治理和手性药物合成等领域具有重要应用价值。国家自然科学基金（32160011）资助的这项工作，填补了非致病菌中S2P功能研究的空白。