吡啶衍生物是一大类N-杂环化合物，被广泛用作工业溶剂、染料、药品、除草剂和杀虫剂（Guan等人，2016；Kaiser等人，1996；Qiu等人，2018；Zheng等人，2025）。然而，这些化合物中的许多具有相当的毒性和致癌性，对环境和公共健康构成严重威胁（Časaitė等人，2020；Jori等人，1983）。因此，了解负责其生物降解的微生物机制对于减轻其环境影响至关重要（Kaiser等人，1996）。羟基化或羧基化的吡啶衍生物是复杂吡啶衍生物的常见代谢中间体。一个典型的例子是6-羟基尼古丁酸（6-HNA），它是尼古丁酸和6-氯尼古丁酸代谢过程中的中间产物（Qiu等人，2018；Shettigar等人，2012）。值得注意的是，吡啶衍生物的降解方式具有生物多样性：例如，尼古丁酸可以通过厌氧革兰氏阳性菌Eubacterium barkeri中的四组分尼古丁酸羟化酶或好氧革兰氏阴性菌Pseudomonas putida中的两组分尼古丁酸脱氢酶被羟基化（Alhapel等人，2006；Jiménez等人，2008, 2011；Wagenera等人，2009；Xu等人，2025）。关于微生物生物多样性的研究极大地扩展了我们对微生物降解吡啶衍生物自然途径的理解。
5-羟基吡啶酸（5-HPA）是一种由海洋细菌和微藻在其代谢过程中合成的天然吡啶衍生物（Qiu等人，2018；Xu等人，2022）。从化学结构上看，5-HPA在meta位置含有一个羟基，在ortho位置含有一个羧基（PubChem CID: 268740）。这种独特的结构影响了其化学反应性和酶促相互作用，使其成为一种相对难以生物降解的化合物。迄今为止，只有少数几种能够降解5-HPA的细菌菌株被鉴定出来，包括Alcaligenes faecalis JQ135和Pusillimonas sp.菌株5-HPA（Karvelis等人，2014；Qiu等人，2018）。最初在5-HP菌株中研究了5-HPA的粗酶活性，随后在JQ135菌株中进行了详细表征（Qiu等人，2018）。在该菌株中，hpa操纵子编码了一个完整的5-HPA降解途径，其中FAD依赖性单加氧酶HpaM催化ortho-脱羧羟基化反应生成2,5-二羟基吡啶（2,5-DHP）（Qiu等人，2018）。hpa操纵子还包含编码后续2,5-DHP通过马来酸途径降解所需酶的基因：2,5-二羟基吡啶双加氧酶（hpaX）、N-甲酰马来酸脱甲酰酶（hpaD）和马来酸酰胺水解酶（hpaF），这些酶依次将2,5-DHP转化为马来酸。此外，hpa操纵子的转录受到TetR家族调节因子HpaR的负调控，5-HPA作为HpaR的诱导配体（Xu等人，2022）。尽管进行了这些分子研究，但生物信息学研究主要集中在Arenibaculum、Bordetella、Chitinasiproducens、Erwinia、Pseudomonas、Variovorax和Xenophilus等细菌中的hpa基因簇分布上（Xu等人，2022）。值得注意的是，这些菌株均为革兰氏阴性菌，它们的hpa基因簇具有高度的序列保守性。然而，尚未预测到任何革兰氏阳性菌含有此类基因簇，参与5-HPA降解的关键酶的生化特性也尚未被探索。
在本研究中，我们从革兰氏阳性菌Rhodococcus中鉴定并表征了一种新的5-HPA单加氧酶。随后在该菌中发现了hpp基因簇，这种5-HPA单加氧酶（HppM）与之前报道的来自Alcaligenes faecalis JQ135的HpaM仅有38%的氨基酸相似性。系统地确定了HppM的生化特性，使用AutoDock预测了其蛋白质结构，并通过定向定点突变鉴定了功能重要的残基。本研究从生化角度展示了来自革兰氏阳性菌的5-HPA单加氧酶的功能，为了解微生物降解5-HPA的生物多样性提供了新的见解。
