镍驱动的巴氏芽孢八叠球菌脲酶动态机制：计算与实验整合研究洞见

脲酶是一种镍依赖性酶，在尿素水解以及一种称为微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）的过程中发挥重要作用；MICP已被广泛应用于可持续环境生物技术。尽管脲酶具有重要的生态意义，它也驱动了生物灌浆（Biogrout，生物胶结）这一颇具前景的绿色技术，用于土壤稳定与基础设施修复。然而，镍可利用性、酶活化与细菌适应性之间的关系仍然知之甚少。 在本研究中，我们揭示了镍对巴氏芽孢八叠球菌（Sporosarcina pasteurii）具有显著的双重效应：尽管高浓度 Ni2+ 强烈抑制其生长（IC50 ≈ 637.7 μM），却同时可使脲酶比活性提高至六倍。这种生物量与酶效率之间的解耦，凸显了一种此前被忽视的金属胁迫下适应策略。借助结构生物信息学与分子对接分析，我们表明催化亚基 Ure1 对镍表现出最强亲和力（-4.3 kcal·mol−1），且这一结果受到高度保守的活性位点残基支持；相比之下，辅助蛋白 UreE 和 UreG 分别表现出中等和较弱的结合能力，这与它们在金属递送和 GTP 依赖性成熟过程中的功能相一致。此外，显微观察证实，在中等镍浓度（约 400–1000 μM）下，碳酸钙沉淀最为显著；而在更高浓度（≥1000–1300 μM）下，由于活细胞丧失，矿物形成减少。 综上所述，这些结果表明，镍可利用性同时调控脲酶活化和细菌适应性，而要在环境应用，尤其是生物胶结技术中最大化生物矿化效率，则需要实现二者之间的最佳平衡。

脲酶是一种依赖镍的酶，在尿素水解以及一种称为微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）的过程中发挥重要作用；MICP 已被广泛应用于可持续环境生物技术中。尽管具有生态学重要性，脲酶还驱动了 Biogrout（生物胶结）过程，这是一种用于土壤稳定和基础设施修复的颇具前景的绿色技术。然而，镍可利用性、酶激活与细菌适应性之间的关系仍然知之甚少。

在本研究中，我们揭示了镍对巴氏芽孢八叠球菌（Sporosarcina pasteurii）具有显著的双重效应：尽管高浓度 Ni

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.15.732323v1?rss=1

🏷️ 脲酶活化 镍离子胁迫 巴氏芽孢八叠球菌 微生物诱导碳酸钙沉淀 分子对接 生物矿化