Nat Microbiol | 2篇！山东大学张玉忠等团队合作发现不同类型的​二甲基亚砜丙酸内盐裂解酶广泛存在于海洋微生物中

二甲基亚砜丙酸内盐(DMSOP)是最近发现的一种丰富的海洋有机硫化合物，在氧化应激保护、全球碳和硫循环以及潜在的渗透耐受性中发挥作用。微生物DMSOP裂解产生二甲亚砜(一种普遍存在的海洋代谢物)和丙烯酸酯，但负责的酶及其对环境的重要性尚不清楚。

2023年11月29日，山东大学张玉忠、中国海洋大学李春阳、英国东安格利亚大学Jonathan D.Todd及Ornella Carrión共同通讯在Nature Microbiology（IF=28）在线发表题为“DMSOP-cleaving enzymes are diverse and widely distributed in marine microorganisms”的研究论文，该研究报道了DMSOP在不同的异养细菌、真菌和光养藻类中的裂解机制，并强调了这一过程在海洋沉积物环境中的重要性。

这些不同的生物，包括Roseobacter、SAR11细菌和赫氏圆石藻（Emiliania huxleyi），利用它们的二甲基磺酰丙酸裂解酶“Ddd”或“Alma”酶，通过与二甲基磺酰丙酸相似的催化机制裂解DMSOP。考虑到DMSOP产量及其在海洋沉积物中的流行，该研究强调了DMSOP裂解可能是一个影响碳和硫通量和生态相互作用的全球重要过程。

另外，2021年10月25日，山东大学/中国海洋大学张玉忠团队在Nature Microbiology 在线发表题为“Acrylate protects a marine bacterium from grazing by a ciliate predator”的研究论文，该研究证明不使用 DMSP 作为碳源的海洋细菌 Puniceibacterium antarcticum SM1211 具有与膜相关的 DMSP 裂解酶 DddL。在高浓度的 DMSP 下，DddL 通过降解 DMSP 导致细胞周围丙烯酸酯的积累，从而防止海洋纤毛虫 Uronema marinum 的捕食，并使得纤毛虫将捕食压力转移到群落中不含dddL基因的细菌上，从而获得资源和空间上的竞争优势。总之，该研究系统揭示了海洋细菌以DMSP作为前体物质发挥拒捕食功能的新机制，为深入探索海洋微型生态系统中生物间相互作用关系奠定基础（点击阅读）。

地球海洋和海洋沉积物中的微生物每年产生超过109吨的有机硫化合物二甲基磺酰丙酸(DMSP) ，因为它具有抗应激、储存和信号化合物的作用。DMSP是海洋微生物的主要碳和硫源，通过DMSP分解代谢途径产生气候活性气体，包括通过细菌DMSP去甲基化或通过DMSP在藻类，细菌和真菌中的裂解产生二甲硫醇(DMS)。许多海洋藻类和细菌氧化DMSP，在全球范围内产生四元数量的代谢物二甲基亚砜丙酸内盐(DMSOP)。DMSOP被认为可以保护细胞免受氧化应激。

许多不同的海洋细菌通过未知的DMSOP切割酶裂解DMSOP，产生二甲亚砜(DMSO)和三碳副产物，这些酶被认为独立于已知的“Ddd”DMSP裂解酶。因此，DMSOP的生产可能会限制DMSP的裂解量，从而限制气候冷却气体和信号分子DM的产生，而DMSO的浓度往往超过DMS(P)。如果不知道DMSOP切割基因/酶的身份，就不可能理解DMSOP在海洋生物和环境中循环的规模、多样性和重要性。

DMSP和DMSOP裂解途径（图源自Nature Microbiology ）

通过基因组文库筛选，该研究发现了二甲基巯基丙酸内盐（dimethylsulfoniopropionate，DMSP）裂解酶DddY可以裂解DMSOP产生DMSO和丙烯酸，进一步研究发现，目前已报道的10种DMSP裂解酶均能催化DMSOP的裂解；此外，包括海洋玫瑰杆菌类群、SAR11类群在内的多种异养细菌、真菌和光合藻类都可以代谢DMSOP产生DMSO。结构分析表明，海洋微生物采用与裂解DMSP类似的机制裂解DMSOP。

生物信息学分析表明，DMSOP的代谢过程主要存在于海洋真光层和沉积物等环境中，在全球碳、硫循环中发挥着重要作用。该研究报道了DMSOP在不同的异养细菌、真菌和光养藻类中的裂解机制，并强调了DMSOP在海洋沉积物环境中的重要性。这项工作强调了DMSOP裂解在海洋和全球硫和养分循环中是一个潜在的重要齿轮，也是DMSO的主要来源。

山东大学微生物技术国家重点实验室张玉忠教授、中国海洋大学李春阳教授及英国东安格利亚大学Jonathan D. Todd教授、Ornella Carrión博士为论文共同通讯作者，Ornella Carrión博士、李春阳教授和山东大学彭明副研究员为并列第一作者。该论文由山东大学、中国海洋大学、英国东安格利亚大学等单位的相关学者合作完成。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金项目、泰山学者攀登计划等项目的资助。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41564-023-01526-4

转自：“iNature”微信公众号

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