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对硝基酚、间硝基酚和邻硝基酚是单硝基酚的三种同分异构体，这类化合物广泛应用于医药、农药和化工产业当中。由于硝基芳香烃类污染物的难降解性和高水溶性使它们在环境中长期广泛残留，随着食物链的富集作用进入人体，有致癌、致畸和致突变的危险。苯环结构的稳定性使这类化合物不易发生化学反应，而环境中种类繁多的微生物却进化出分解硝基酚类外源生物质的功能，能够利用这些有机污染物作为唯一的碳源、氮源和能源生长，从而达到完全降解这些污染物的目的。
本研究围绕Pseudomonas sp.WBC-3对4-硝基酚的代谢途径展开，WBC-3是一株能够利用甲基对硫磷（Methyl Parathion，MP）和4-硝基酚(4-Nitrophenol或PNP)作为唯一碳源、氮源和能源生长的革兰氏阴性菌。WBC-3降解MP的第一步是在甲基对硫磷水解酶(Methyl Parathion hydrolase，MPH)的作用下生成4-硝基酚，再由其它酶系完成4-硝基酚的代谢。目前报道的4-硝基酚的代谢途径主要有两种，根据代谢中间产物的不同分为对苯二酚途径和1，2，4-苯三酚途径。对苯二酚途径主要存在于在革兰氏阴性菌中，而1，2，4-苯三酚途径则广泛存在于革兰氏阳性菌中。WBC-3是经对苯二酚途径降解4-硝基酚，此结果已由本实验室完成。在该途径中，4-硝基酚首先在单加氧酶(PnpA)的作用下为对苯二醌(Benzoquinone)，对苯二醌在还原酶(PnpB)作用下生成对苯二酚（Hydroquinone，HQ）进入开环途径。对苯二酚在双加氧酶(PnpCD)的作用下开环生成γ-羟基粘康酸半醛(γ-Hydroxymuconic semialdehyde，HMSA)，后者在脱氢酶(PnpE)作用下生成马来酰乙酸(Maleylacetate，MA)。MA在马来酰乙酸还原酶(PnpF)的作用下生成β-酮己二酸(β-ketoadipate)并最终进入三羧酸循环。本实验室已完成上述代谢途径中PnpA和对PnpB分子和生化水平的鉴定，PnpCD的酶学特性及其编码基因与Pseudomonas fluorescens ACB中的对苯二酚双加氧酶(hapCD)有显著的相似性。但4-硝基酚下游代谢途径中的PnpE和PnpF还未见分子和生化水平的报道，本研究旨在阐明4-硝基酚的对苯二酚代谢途径中PnpE和PnpF的功能。本研究首先从生化水平上通过体外蛋白表达、纯化和酶学测定鉴定PnpE和pnpF的功能，并通过LC-MS鉴定酶学反应的产物。这两个酶的底物HMSA和MA分别利用PnpCD催化HQ开环和PnpCD、PnpE顺序催化HQ的方法制备。此外，在酶学鉴定的基础上，本研究继续采用合成生物学的方法，体外构建4-硝基酚的上游和下游代谢基因簇，并转入底盘菌株Pseudomonas putida PaW340中，构建能够利用4-硝基酚和4-硝基邻苯二酚的工程菌，这也从in vivo的角度鉴定参与4-硝基酚代谢的功能基因。