合作单位：China Agricultural University
参考文献：Yongpeng Guo, Yanan Wang, Yu Tang, et al. Food Control, 2023. DOI：10.1016/j.foodcont.2022.109549（IF = 6.0）
背景：
玉米赤霉烯酮(ZEN)是一种大环β-再环酸内酯，是由镰刀菌产生的内分泌干扰真菌性雌激素。经口服后，ZEN被肝脏中的3α-和3β-羟基类固醇脱氢酶迅速吸收和代谢，形成α-玉米赤霉烯醇(α-ZOL)和β-玉米赤霉烯醇(β-ZOL)。ZEN、α-ZOL和β-ZOL可引起家畜和人类生殖器官严重的形态和功能障碍。ZEN污染常见于玉米、小麦等农产品及其加工产品中。此外，ZEN可以从受污染的饲料转移到动物源性食品。
为制定真菌毒素的解毒策略，包括吸附、辐照、臭氧化等物理化学方法得到了深入的研究。然而，这些方法也可能使食品特性发生不必要的改变，如安全性和感官质量的降低等。因此基于微生物和酶的生物降解方法因其高效、低成本和环境友好而日益受到人们的关注。一些微生物，已经报道能够有效地降解ZEN。
过氧化物酶是一类氧化还原酶，它可以利用H2O2作为电子受体来催化多种酚类底物的氧化。并有研究已经阐明了过氧化物酶在ZEN降解中的应用。染料脱色过氧化物酶(DyPs)染料脱色过氧化物酶，因其能够有效氧化合成的蒽醌和偶氮染料而被命名。其较高的氧化还原电位，使其作为降解ZEN的生物催化剂具有很大的潜力。
方案设计：
研究发现枯草芽孢杆菌能够降解ZEN，但枯草芽孢杆菌中的BsDyP是否在ZEN降解中起作用尚不清楚。结构表征揭示了枯草芽孢杆菌BsDyP中血红素γ边缘和表面暴露的Tyr335残基这两个潜在底物结合位点。为了深入了解DyP介导的ZEN降解，经与魔德科技（www.modekeji.cn）技术团队沟通，拟通过分子对接和分子动力学方法对枯草芽孢杆菌中BsDyP对ZEN的解毒潜力及其降解机制进行研究。
图1 BsDyP与ZEN的分子对接分析。BsDyP血红素γ边缘与ZEN对接模型的三维图(A)和特写图(B)。BsDyP与ZEN对接模型的3D图(C)和特写图(D)，该模型靠近表面暴露的氧化还原活性Tyr335残基。ZEN用黄色表示，蓝色虚线表示氢键。
主要结果：
通过分子对接来检测ZEN在BsDyP的两个潜在底物结合位点的结合。在血红素γ边缘的第一个对接位点，BsDyP的Ala19、His 20、Gly176、Glu177、Thr178、Pro179、Gly188和Asn191参与了ZEN的结合，并且BsDyP-ZEN复合物通过ZEN与His 20之间形成的氢键而得到强化(图1A和B)。在靠近表面暴露的氧化还原活性Tyr335残基的第二个对接位点，Ile231、Arg234、Ser235、Ser236、Asp239、Glu334和Tyr335参与了ZEN的结合。并且ZEN和Glu334之间形成了一个氢键，有利于配合物的稳定性(图1C和D)。
图2 两种BsDyP-ZEN配合物的分子动力学图。(A)均方根偏差。(B)旋转半径。(C)氢键数。(D)结合能。在BsDyP-ZEN1和BsDyP-ZEN2中，ZEN分别停靠在血红素的γ边缘和表面暴露的氧化还原活性Tyr335残基上。
通过分子动力学来确定ZEN的BsDyP结合在原子水平上的变化。如图2A所示，均方根偏差(RMSD)结果显示，两种BsDyP-ZEN配合物的Cα主链没有明显变化。BsDyP-ZEN1和BsDyP-ZEN2的平均RMSD值分别为0.240±0.020 nm和0.277±0.024 nm。此外，通过计算旋转半径(Rg)来确定BsDyP-ZEN配合物的致密性。结果表明，BsDyP-ZEN1和BsDyP-ZEN2的平均Rg值分别为2.111±0.011 nm和2.124±0.010 nm，从30 ns开始达到稳定(图2B)。氢键的数目是衡量蛋白质与配体相互作用稳定性的一个很好的指标。两种配合物均建立了一个氢键，如图2C所示。在分子模拟过程中计算了两种配合物的结合能，酶与底物的结合能越小，越有利于酶与底物结合。与Rg的结果一致，结合能从30 ns开始趋于稳定(图2D)。这两种配合物的平均结合能分别为- 35.35 kJ mol−1和-26.44 kJ mol−1。综上，分子对接和动力学模拟表明，BsDyP可以使ZEN结合在血红素γ边缘和表面暴露位点。与表面暴露的Tyr335残基的结合模型相比，ZEN与BsDyP在血红素γ边缘的结合导致形成更稳定的复合物。
结论：
本研究通过分子对接和动力学模拟证明了ZEN是BsDyP的潜在底物，并通过实验验证了BsDyP对ZEN的催化降解作用。这些发现为利用GOD和BsDyP双酶体系降解食品和饲料中的ZEN提供了可能。通过合理设计和重组DNA技术提高BsDyP的产量和活性有待进一步研究。
