结构指导的玉米赤霉烯酮水解酶的热稳定性改造

作者：官嫒林; 张萌; 许菲^*

来源：生物工程学报, 2023, 39(08): 3336-3350.

DOI：10.13345/j.cjb.220858

• 玉米赤霉烯酮水解酶
• 热稳定性
• 蛋白质结构比对
• 分子动力学模拟

玉米赤霉烯酮是世界上污染最为广泛的一种镰刀菌(Fusarium)毒素，严重危害牲畜以及人类的健康。来源于粉红螺旋聚孢霉(Clonostachysrosea)的玉米赤霉烯酮水解酶(zearalenone hydrolase,ZHD)能有效降解饲料中的玉米赤霉烯酮，然而饲料加工中的高温环境限制了该酶的应用。基于结构特征的理性设计可为酶的热稳定性改造提供指导。本研究首先基于蛋白质结构比对(multiple structure alignment, MSTA)筛选ZHD的结构灵活区，随后基于序列保守性打分以及构象自由能计算设计突变文库，得到基于136号和220号残基的9个单点突变设计。结果表明，9个突变体的热熔融温度(Tm)提高了0.4–5.6℃，其中S220R和S220W热稳定性表现最好，Tm分别提高了5.6℃和4.0℃，45℃下的热半失活时间分别延长了15.4倍和3.1倍，相对酶活分别为野生型的70.6%和57.3%。分子动力学模拟分析表明突变位点及附近区域的作用力得到了增强，突变体S220R和S220W的220-K130氢键成键概率分别增加了37.1%和19.3%、K130-D223盐桥成键概率分别增加了30.1%和12.5%，为ZHD热稳定性的提高作出了贡献。这项工作表明结合天然酶的结构比对、序列分析及自由能计算的热稳定性改造策略的可行性，并获得了热稳定性增强的ZHD变体，为ZHD在工业上的应用打下基础。

• 单位
  生物工程学院; 工业微生物教育部重点实验室; 江南大学