Rhodococcus opacus Strain 3Dにおけるオルソフタル酸および桂皮酸誘導体の形成を含む代替ナフタレン代謝経路

Alternative Naphthalene Metabolic Pathway Includes Formation of ortho-Phthalic Acid and Cinnamic Acid Derivatives in the Rhodococcus opacus Strain 3D.

• T O Anokhina
• T Z Esikova
• A B Gafarov
• V N Polivtseva
• B P Baskunov
• I P Solyanikova

抄録

ナフタレンは原油に含まれる環境汚染物質である。ナフタレンの異化の生化学的・遺伝的側面は、シュードモナス属細菌において最も詳細に検討されてきた。シュードモナス属細菌では、ナフタレン分解の鍵となる中間体はサリチル酸である。本研究では、Rhodococcus opacus 3D株のナフタレンを唯一の炭素・エネルギー源として利用する能力を調べた。この菌株の特徴は、サリチル酸（グラム陰性菌のナフタレン分解の典型的な中間体）を添加したミネラル培地では生育できないことである。ナフタレンを添加したミネラル培地でのR. opacus 3D培養において、サリチル酸ヒドロキシラーゼ活性がなく、サリチル酸が蓄積していることから、ナフタレン酸化の代替経路が存在することが示唆された。同時に、R. opacus 3Dは、単芳香族化合物（ゲンチジン、オルトフタル酸、2-ヒドロキシ桂皮酸、クマリンの塩）を生育基質として利用することができた。酵素活性の解析、反応中間体の同定、遺伝的決定因子の同定、生育基質の同定から、R. opacus 3Dは擬古細菌では珍しいオルトフタル酸の生成を経由した別の経路でナフタレン分解を行っていることが明らかになった。質量分析法を用いて、ナフタレン分解の過程で微量に生成されたサリチル酸関連体が、それ以上代謝されずに二量体の形で成長培地に蓄積されることを初めて示した。

Naphthalene, as a component of crude oil, is a common environmental pollutant. Biochemical and genetic aspects of naphthalene catabolism have been examined in most detail in the bacteria of Pseudomonas genus. In pseudomonads, the key intermediate in naphthalene degradation is salicylate. In this study, we investigated the ability of Rhodococcus opacus strain 3D to utilize naphthalene as a sole carbon and energy source. The characteristic feature of this strain is the inability to grow in the mineral medium supplemented with salicylate (typical intermediate of naphthalene degradation in Gram-negative bacteria). The absence of salicylate hydroxylase activity and salicylate accumulation in the course of R. opacus 3D cultivation in the mineral medium supplemented with naphthalene indicated existence of an alternative pathway of naphthalene oxidation. At the same time, R. opacus 3D was able to use monoaromatic compounds (salts of gentisic, ortho-phthalic, and 2-hydroxycinnamic acids and coumarin) as growth substrates. Based on the analysis of enzymatic activities, identification of the reaction intermediates, genetic determinants, and growth substrates, we concluded that R. opacus 3D carries out naphthalene degradation through an alternative pathway via formation of ortho-phthalic acid, which is untypical for pseudomonads. Using mass spectrometry, we showed for the first time that salicylic acid associate formed in trace amounts in the process of naphthalene degradation is not further metabolized and accumulated in the growth medium in a form of a dimer.