Construction of a myoglobin scaffold-based biocatalyst for the biodegradation of sulfadiazine and sulfathiazole

磺胺噻唑 磺胺嘧啶 生物降解 肌红蛋白 化学 催化作用 磺胺 磺胺美拉嗪 生物催化 过氧化氢 组合化学 有机化学 生物化学 抗生素 反应机理
作者
Weikang Zhang,Ying‐Wu Lin,Xiang‐Min Meng,Qiaoning Wang,Lingxin Chen,Jiakun Xu
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier]
卷期号:465: 133147-133147 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.133147
摘要

Sulfonamide antibiotics, a family of broad-spectrum antibiotic drugs, are increasingly used in aquaculture and are frequently detected in aquatic environments. This poses a potential threat to organisms and may cause the evolution of antimicrobial resistance. Therefore, it is important to develop an environmentally friendly and efficient biocatalyst to degrade sulfonamides (SAs) such as sulfadiazine (SD) and sulfathiazole (ST). Here, we realized the direct and efficient degradation of SD and ST using a hydrogen peroxide-dependent artificial catalytic system based on myoglobin (Mb). The arrangements of amino acids at positions 29, 43, 64, and 68 were found to influence catalytic activity. An L29H/H64D/V68I myoglobin mutant showed the best catalytic efficiency (i.e., kcat/Km = 720.42 M−1 s−1) against SD. Next, mutant H64D/V68I showed the best degradation rate against SD (i.e., 91.45 ± 0.16%). Moreover, L29H/H64D/V68I Mb was found to efficiently catalyze ST oxidation (kcat/Km = 670.08 M−1 s−1), while H64D/V68I had the best degradation rate against ST (i.e., 99.45 ± 0.23%). Our results demonstrate that SAs can be efficiently degraded by artificial peroxygenases constructed using a myoglobin scaffold. This therefore provides a simple and economical method for the biodegradation of SD and ST.
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