近日，Journal of Agricultural and Food Chemistry在线发表了江南大学未来食品科学中心陈坚院士团队刘松副教授课题组的研究成果“Enhanced thermostability and catalytic activity of Streptomyces mobaraenesis transglutaminase by rationally engineering its flexible regions”（Yang et al., 2023, J. Agric. Food Chem., 71(16): 6366-6375）。2021级硕士阳鹏辉为论文第一作者，刘松副教授为通讯作者，论文作者还包括堵国成教授、周景文教授、博士后王兴隆以及2021级硕士叶佳才等。
谷氨酰胺转氨酶（Transglutaminase, TGase, EC 2.3.2.13）能够催化蛋白质或小分子间发生共价交联，被广泛应用于食品加工领域。随着对其催化本质认识的加深，TGase在制药、纺织及皮革等非食品领域也展现出广阔的应用前景。基于较高的催化活性和更宽的底物谱，目前主要的商品化TGase主要来源为茂原链霉菌（Streptomyces mobaraenesis）。然而低热稳定性一直是限制S. mobaraensisTGase广泛应用的主要因素。此前，本课题组基于一系列酶理性改造方法，获得了热稳定性和催化活性提高的S. mobaraensis TGase突变体FRAPD-TGm2；在此基础上，进一步改造其表面电荷获得了酶学性质进一步提高的突变体FRAPD-TGm3，其60℃半衰期和比酶活分别达到123 min和84 U/mg，是报道时的最高水平。然而，由于FRAPD-TGm3表面的高静电荷导致其与蛋白类底物间的静电斥力较高，在实际应用中表现出较低的蛋白交联活性。
针对上述问题，江南大学食品合成生物学与生物制造团队通过理性改造FRAPD-TGm2柔性区域，使其热稳定性得到显著提升，并保持了良好的酪蛋白交联活性。首先，通过高温条件下（330 K和360 K）分子动力学模拟确定FRAPD-TGm2分子中5个高柔性区域。为了防止突变对底物结合的影响，我们自主开发了基于Rosetta Cartesian_ddg折叠能变扫描脚本，对远离底物结合口袋的3个柔性区域进行虚拟饱和突变，筛选获得了热稳定性显著提高的突变体S116A和S179L。然后，通过组合上述正向突变获得突变体FRAPD-TGm2-S116A-S179L（FRAPD-TGm2A）。相较于FRAPD-TGm2，FRAPD-TGm2A的60℃半衰期和比酶活力分别提高84％和22％，达到132.28min和79.15 U/mg，且表现出显著优于FRAPD-TGm3的酪蛋白交联活性。研究结果将进一步推动TGase在食品加工和其它高温条件下的应用。
上述研究工作得到了国家重点研发计划项目（2021YFC2101400）和国家自然科学基金（32071474；31771913）的资助。
文章中研究图示（一）
文章中研究图示（二）
（编辑：潘梦妍）
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