自然環境における酵素の乱交：海洋のアルカリホスファターゼ

アルカリホスファターゼ（Apase）は、溶解した有機リンから無機リン（PI）を得るために海洋微生物が使用する海洋酵素の1つであり、p拡張を克服します。海洋Apaseは一般に、Pモンエステラーゼ活性を実行することが認識されています。ここでは、特定のApase酵素の生化学的特性評価、グローバルな海洋データベースの検査、および野外測定を統合して、海洋Apaseの乱交の種類と関連性を研究しました。フォアホモログのシリコマイニングを行い、その後、de novo合成と異種発現を行い、mediTerraNea由来の全長遺伝子の大腸菌で異種発現を行い、再結合PhoAをもたらしました。Tara Oceans、Malaspina、およびその他のメタゲノムデータベースを使用したグローバル分析により、水柱全体のすべての海洋盆地における標的PhoAをコードする遺伝子の予測される広範な分布が確認されました。精製されたPhoA酵素を使用した速度論的アッセイにより、この酵素は、予測されたpモンエステル活性だけでなく、p-ジエステラーゼ、p-トリエステラーゼ、および硫酸酵素活性も示されていることが明らかになりました。すべての活動の中で、Pモノエステル結合加水分解は、リン酸モノステルに対する親和性が低いにもかかわらず、Apaseの最も高い触媒活性を示しました。Apaseは、高い基質濃度のPモンエステラーゼとして非常に効率的ですが、ディスエステラーゼ、トリエステラーゼ、スルファターゼ活性などのApaseの乱交の活性は、低基質濃度でより効率的です。実験室と天然海水における精製されたPhoAタンパク質のモノエステラーゼ：ジエステラーゼ比の間で強い類似性が観察されました。したがって、我々の結果は、海洋リンサイクルにおいて潜在的に重要な役割を繰り返しているApaseプレイの酵素の乱交を明らかにしています。

Alkaline phosphatase (APase) is one of the marine enzymes used by oceanic microbes to obtain inorganic phosphorus (Pi) from dissolved organic phosphorus to overcome P-limitation. Marine APase is generally recognized to perform P-monoesterase activity. Here we integrated a biochemical characterization of a specific APase enzyme, examination of global ocean databases, and field measurements, to study the type and relevance of marine APase promiscuity. We performed an in silico mining of phoA homologs, followed by de novo synthesis and heterologous expression in E. coli of the full-length gene from Alteromonas mediterranea, resulting in a recombinant PhoA. A global analysis using the TARA Oceans, Malaspina and other metagenomic databases confirmed the predicted widespread distribution of the gene encoding the targeted PhoA in all oceanic basins throughout the water column. Kinetic assays with the purified PhoA enzyme revealed that this enzyme exhibits not only the predicted P-monoester activity, but also P-diesterase, P-triesterase and sulfatase activity as a result of a promiscuous behavior. Among all activities, P-monoester bond hydrolysis exhibited the highest catalytic activity of APase despite its lower affinity for phosphate monoesters. APase is highly efficient as a P-monoesterase at high substrate concentrations, whereas promiscuous activities of APase, like diesterase, triesterase, and sulfatase activities are more efficient at low substrate concentrations. Strong similarities were observed between the monoesterase:diesterase ratio of the purified PhoA protein in the laboratory and in natural seawater. Thus, our results reveal enzyme promiscuity of APase playing potentially an important role in the marine phosphorus cycle.