圖：中國農(nóng)業(yè)科學院飼料研究所副研究員 涂濤
于北京召開的第三屆飼料酶制劑科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會-青年論壇上，來自中國農(nóng)業(yè)科學院飼料研究所的涂濤副研究員做了題為《基于體外分子進化技術(shù)提高葡萄糖氧化酶的熱穩(wěn)定性和催化效率》的精彩報告。涂副研究員一直從事飼用酶相關(guān)的研究工作，綜合分子生物學、結(jié)構(gòu)生物學和生物信息學等技術(shù)，通過對飼用酶結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系研究，解決飼用酶性能差，無法滿足工業(yè)應用需求這一根本性難題。目前已累計發(fā)表科研論文39篇，以主要完成人身份申請國家發(fā)明專利17項（含PCT專利2項），其中獲得授權(quán)7項。
1． 研究背景
葡萄糖氧化酶（Glucose oxidase，Gox）作為一種新型的添加劑在飼料行業(yè)中受到廣泛關(guān)注，可用于預防動物胃腸道感染、腹瀉，并有促進動物生長作用。飼用酶制劑應用應滿足耐飼料制劑高溫且在動物溫下有高活性的條件，而Gox熱穩(wěn)定性差和催化效率低是限制其在飼料工業(yè)廣泛應用的核心問題。
2.研究進展
涂副研究所在的團隊以目前工業(yè)生產(chǎn)Gox最為常用的菌株Aspergillus niger為研究對象，首先利用根據(jù)Gox顏色反應原理建立了畢赤酵母高表達菌株高效快速篩選方法，與傳統(tǒng)的篩選方法相比極大地提高了效率。接著，根據(jù)迭代突變的思路進行了后續(xù)的分子進化研究。從比活較野生型提高了1.1倍的突變體M1到提高2.81倍的突變體M4,這個過程應用了隨機突變和理性設計結(jié)合的思路方法，其中理性設計中涉及了蛋白表面的優(yōu)化、增強疏水堆積力、替換熱不穩(wěn)定氨基酸（Asn）等策略。除了比活大幅提高之外，Gox的熱穩(wěn)定性也得到了極大地改善，在60℃下孵育120min，M4較野生型提高了約55%（86.2% VS 31。7%），在70℃下孵育30min，M4較野生型提高了37%（40.3% VS 3.1%），且突變體M4在70℃下的酶活為野生型的11.5倍。在M4的基礎上又對耐熱Gox進一步升級，利用糖基化修飾、疏水作用力、增強輔基結(jié)合力和鹽橋作用力策略達到了80℃處理2min剩余80%酶活的效果，較M4提高了40%，完全滿足于應用成產(chǎn)的需求，實現(xiàn)了技術(shù)轉(zhuǎn)讓4項次，金額達580萬元。
該研究一方面為Gox結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系探討提供了有用信息，更為擴展Gox的實際應用提供了有用素材。
