环境废弃物中所含的硫氮氧杂环及其衍生物会严重污染大气、水和土壤环境，是影响人类健康的环境毒物，如化石燃料中的有机硫、烟草加工废弃物中的尼古丁和垃圾焚烧产生的二恶英等。因此，对此类杂环化合物的微生物分解代谢机制进行研究具有重要的科学意义和实际价值。
近年来，在国家自然科学基金重点项目（项目号-31230002）的资助下，他们通过对恶臭假单胞菌S16进行比较蛋白组和基因组分析，结合基因敲除、荧光定量PCR和克隆表达实验验证，寻找到了编码3-琥珀酰吡啶羟化酶的基因簇SpmABC和催化尼古丁吡咯代谢途径的第一步反应的酶NicA1的同工酶NicA2，绘制了菌株S16尼古丁代谢的完整途径，首次从分子水平系统阐明了困惑科学家近60年的假单胞菌代谢尼古丁的吡咯代谢主途径的机制，发现该途径与人体代谢尼古丁的2'羟基化途径类似，研究成果发表在遗传学重要期刊PLoS Genetics (Tang HZ et al., 2013, 9:e1003923) 上。课题组还发现并鉴定了参与重要环境毒物尼古丁分解代谢的一个新的调控蛋白NicR2与DNA的结合方式，发现NicR2虽然包含helix-turn-helix (HTH) motif，其结合DNA的方式却与β-片型调控蛋白类似，提出了一种新的HTH型调控蛋白结合DNA的模型，研究成果以封面论文发表在Molecular Microbiology (Wang LJ et al., 2014, 91:1252–1269) 上；在基础上，课题组成功解析了该代谢途径中重要的酶—马来酸异构酶Pp-Iso的结构，揭示了底物马来酸被马来酸异构酶完全包裹在内部，而不像通常底物处在酶分子表面的沟或口袋里，分子动力学模拟显示，马来酸异构酶的两个loop，像开关一样一张一合，控制底物的进入与产物的释放，利用这种特殊的方式，马来酸异构酶催化马来酸双键的顺反异构，并防止副反应的发生，该结果为异构酶的底物结合和催化机制提供了重要参考，论文发表在Molecular Microbiology (Chen DD et al., 2013, 87:1237–1244) 上；成功解析了N-甲酰马来酰胺酸脱甲酰基酶Nfo与马来酰胺酸脱氨基酶Ami的晶体结构，通过酶活性动力学检测、计算机分子对接模拟、量子化学计算，揭示了Nfo与Ami虽然同为酰胺水解酶，却有着针对各自底物量身定制的活性位点结构，从而不能互相交换酰胺底物进行交叉水解反应的特殊巧妙的分子机制，相关研究成果也发表在Molecular Microbiology (Wu G. et al., 2014, 91:1009–1021)上。
