4의 생물전환

Mar 08, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 1835(2023) 이 기사 인용

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가축 사육 활동과 의약품 폐기물로 인해 폐수에 스테로이드 호르몬과 에스트로겐이 상당히 축적됩니다. 여기서 에스트로겐은 수생 동물의 성적 발달을 방해하고 인간에게 독성 영향을 미치는 전암 유발 물질 및 내분비 교란 물질로 작용합니다. 환경 박테리아는 에스트로겐 분해에 중요한 역할을 합니다. 고리 절단 디옥시게나제(RCD)와 같은 광범위한 효소 저장소는 스테로이드 핵을 분해하여 A, B 또는 D 스테로이드 고리의 메타 절단을 촉매할 수 있습니다. 이 연구에서는 4개의 ERCD(extra-diol ring cleavage dioxygenase)인 PP28735, PP26077, PP00124 및 PP00193이 해양 스핑고모나드 Novosphingobium sp.에서 분리되었습니다. PP1Y 및 특성화. 효소 동역학 매개변수는 다양한 합성 카테콜 기질에서 결정되었습니다. 그런 다음 카테콜 에스트로겐의 생물전환을 평가했습니다. PP00124는 E2의 발암성 수산화 유도체인 4-히드록시에스트라디올(4-OHE2)의 분해에 효율적인 촉매인 것으로 나타났습니다. 4-OHE2 완전한 절단은 가용성 형태와 전체 재조합 E. coli 세포 모두에서 PP00124를 사용하여 얻어졌습니다. LC-MS/MS 분석을 통해 A-고리 메타 절단을 통해 세미알데히드 생성물이 생성되는 것이 확인되었습니다. 우리가 아는 한, PP00124는 메타 절단을 통해 4-OHE2를 직접 분해할 수 있는 최초의 특성화된 효소입니다. 또한, 재조합 전체 세포를 사용한 완전한 4-OHE2 생분해는 생물학적 정화 목적의 이점을 강조했습니다.

에스트로겐은 여성 생식 기관의 조절과 2차 성징의 발달을 담당하는 주요 스테로이드 호르몬입니다1. 모든 척추동물에서는 에스트론(E1)과 17β-에스트라디올(E2)이 주요 조절 호르몬입니다(그림 1a). 암컷 포유동물의 혈장 농도가 최대 500pg/mL인 주요 에스트로겐 활성을 갖는 E2는 인간의 생식계 발달에 대한 주요 효과기 중 하나입니다2. 에스트로겐은 수산화 또는 술폰화 후에 소변으로 배설됩니다3. 여러 연구에 따르면 이들 화합물, 특히 이들의 수산화 형태(4-하이드록시에스트라디올 4-OHE2 및 2-하이드록시에스트라디올 2-OHE2, 그림 1a)가 내분비 교란 물질 및 발암 물질로 작용할 수 있는 것으로 나타났습니다4,5.

주요 에스트로겐 화합물 및 E2 분해 경로. (a) 에스트론(E1), 17β-에스트라디올(E2), 에스트라테트라에놀(E0), 4-하이드록시에스트라디올(4-OHE2) 및 2-하이드록시에스트라디올(2-OHE2)의 구조 및 분자량(MW). 스테로이드 링 AD는 빨간색으로 표시됩니다. (b) 주요 E2 분해 경로. i) E2 A 고리 수산화19. ii) E2 B 고리 수산화19. iii) E2 D 고리 탈수20. iv) E1으로의 E2 탈수소화 및 후속적인 D 고리 탈수소화 및 절단21. iv.i) E1으로의 E2 탈수소화 및 후속 A 고리 탈수소화 및 절단18. NB 경로 iv.i)는 본질적으로 경로 i)와 동일한 A 고리 절단 반응을 따릅니다. 절단 기질은 경로 iv.i)에서는 4-OHE1이고 경로 i)에서는 4-OHE2이기 때문에 여기서는 분리됩니다.

폐수 및 수생 생태계에 이러한 유해 화합물이 존재하는 것은 대부분 가축 사육 활동에서 가축 배설물로 인해 발생하며6 최근에는 주요 환경 문제가 되었습니다7,8,9; 실제로 이러한 분자는 포유류, 어류 및 양서류 개체군의 발달, 생식력 및 생식 기능 장애를 담당하는 것으로 보입니다. 실제로 간성 어류 개체군은 에스트로겐으로 오염된 생태계에서 전 세계적으로 관찰되었습니다[5,6,10,11,12 및 해당 참고 문헌].

환경에 대한 관심이 높아지면서 최근 에스트로겐 분해, 특히 E2와 관련된 생물학적 과정과 새로운 잠재적 분해제 및 분해 효소 활동의 식별에 대한 관심이 높아졌습니다. 방향족 A 고리 구조의 붕괴를 통한 에스트로겐 핵의 분해는 이들 화합물과 DNA의 상호 작용을 방해하여 이들의 활성과 그에 따른 발암 효과를 중화시키는 열쇠입니다13,14. 미생물 분해 과정은 환경에서 에스트로겐의 운명과 이동을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 대사 또는 공동 대사 모드에서 스테로이드 핵을 완전히 파괴하기 위한 특정 촉매 메커니즘을 보유한 박테리아는 에스트로겐을 CO213,14,15로 전환하는 데 중심 역할을 합니다.