嘉兴未来食品研究院食品合成生物研究室 刘松课题组胞外TGase活性达到61.7U/mL

  近日，嘉兴未来食品研究院食品合成生物技术研究室在国际期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry发表了题为“Efficient Production of a Thermostable Mutant of Transglutaminase by Streptomyces mobaraensis”（Ye et al., J. Agric. Food Chem., 2024. 72(8): 4207-4216.）研究性论文（茂原链霉菌高效合成耐热谷氨酰胺转胺酶）。

    谷氨酰胺转氨酶（TGase）能够催化蛋白质发生共价交联，已广泛应用于食品工业中提升产品质构性能。但目前天然的茂源链霉菌（Streptomyces mobaraensis）产 TGase的热稳定性差，酶最适作用温度窄，使得其应用场景受到温度限制，且天然菌株的酶产能低，产业化生产成本高。

    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，筛选到一株TGase产量增加12.2倍的突变体smY2022，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。优化同源臂的长度提高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℃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。

  本研究高效合成了耐热TGase，拓宽了TGase在食品工业中的高温环境下的应用场景，酶耐热性的提高有助于在制药、皮革等领域的进一步应用，本研究将胞外TGase活性提升到61.7 U/mL，在工业化生产中降本增效。

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

    本研究的相关成果与泰兴市东圣生物有限公司在提升TGase产能及酶耐热性能改善上的需求吻合。在未来的合作中，双方将继续开展针对生物酶性能提升及产能提高的研究，以实现生物酶，特别是TGase在食品工业及其他产业领域更广泛的应用。通过持续的合作，双方将继续为食品行业提供更加高效、安全和健康的产品。