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研究员课题组的研究成果“Efficient Production of a Thermostable Mutant of Transglutaminase by Streptomyces mobaraensis”（Ye et al., J. Agric. Food Chem., 2024. 72(8): 4207-4216.）。2021级硕士叶佳才为论文第一作者，刘松研究员为通讯作者，论文作者还包括周景文教授和堵国成教授。
谷氨酰胺转氨酶（EC 2.3.2.13，TGase）能够催化蛋白质发生共价交联，广泛应用于肉制品、乳制品和豆制品等蛋白基食品的质构改良，并在制药、纺织和皮革等非食品领域具有良好的应用前景。茂原链霉菌（Streptomyces mobaraensis）食品添加剂国家标准GB2760规定的TGase生产菌株，是商品TGase的主要来源。然而，天然S. mobaraensis TGase热稳定性差，应用领域受限。前期研究中，本团队对S. mobaraensis TGase进行了理性改造，得到的突变体TGm2 60℃半衰期较野生酶提高33.45倍（J. Agric. Food Chem., 2021, 69: 15268−15278）。然而，上述研究中TGm2只在大肠杆菌中进行少量合成，并不适于工业化生产。因此，实现耐热TGase在食品安全菌株S. mobaraensis中的高效合成十分迫切。
针对上述问题，本研究团队结合随机诱变及定点基因整合在S. mobaraensis中高效合成了TGase耐热突变体TGm2。首先，对S. mobaraensis DSM40587进行ARTP诱变，筛选到一株TGase产量增加12.2倍的突变体smY2022，并确定了启动子核心区域（“-10区”G->A）的突变是导致其高产的重要原因。然后，优化了同源臂的长度提高了S. mobaraensis基因组中双交换同源重组的效率，并将smY2022中野生型TGase的编码序列替换为耐热突变体TGm2的基因，得到重组菌株smY2022-TGm2，胞外TGase活性达到61.7 U/mL，是目前报道的TGase酶活最高的S. mobaraensis菌株。进一步对TGm2的催化性能进行了表征。在60°C时，TGm2的半衰期和比活性分别达到64 min和71.15 U/mg，分别是野生型TGase的35.6倍和2.9倍。进一步比较了野生型TGase和TGm2对大豆分离蛋白、酪蛋白、乳清蛋白及牛血清蛋白的交联能力。结果表明这2种酶在40°C时具有相似的能力，但TGm2在70°C时表现出明显优于野生型TGase的蛋白交联能力。上述结果表明，smY2022-TGm2能够高效合成耐热TGase，具有良好的工业化应用前言。
上述研究工作得到了国家重点研发项目（2021YFC2101400）和国家自然科学基金（32071474；31771913）等项目的资助。
图1.TGase在野生型、smY2022和smY2022- TGm2中的表达
图2.野生型TGase和TGm2的纯化和酶学性质
图3.野生型TGase或TGm2在60°C下处理牛肉蛋白凝胶的储能模量（G’）和损耗模量（G’）随应力的变化
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