近日，华南农业大学兽医学院教授孙坚团队在国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助下，在药物残留与耐药性控制研究方面取得新进展。相关成果发表于中国工程院院刊《工程（英文）》（Engineering）。
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。为延缓细菌耐药性的发展，孙坚团队前期提出了“以子之矛攻子之盾”理念，将耐药细菌中的抗生素降解酶设计成抗生素残留的降解工具，降低其对病原菌造成的选择压力。
合成生物学手段驱动的新型降解平台FerTiG通过仿生活细菌实现抗生素残留的稳定高效安全降解。研究团队供图
在前序研究中，团队首先利用酵母平台构建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。在此基础上，研究人员利用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。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。
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的多酶复合体FerTiG[ferritin-caged Tet(X4) with co-factor recycling property that powered by GDH]。FerTiG整合了微生物中多种蛋白，使其形成特定空间结构并在功能上相互辅助，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)提供分解四环素所需要的辅基NADPH，降低了降解抗生素残留的成本，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稳定进行。
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）保障抗生素残留降解的高效稳定。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。
该研究不但提供了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应用前景与功能范式。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.eng.2025.03.033
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