近期，我校生物工程学院郑璞教授团队在计算机驱动甘蓝蚜虫黑芥子酶的进化以高效生产(R)-萝卜硫素方面取得进展，研究成果“Computer-driven Evolution of Myrosinase from the Cabbage Aphid for Efficient Production of (R)-Sulforaphane”发表于Journal of Agricultural and Food Chemistry期刊（一区、Top期刊，IF=6.1）（https://doi.org/10.1021/acs.jafc.4c02064)。
研究背景
黑芥子酶(Myr, EC 3.2.1.147)是糖苷水解酶家族的一员，普遍存在于十字花科植物、昆虫和肠道微生物中。Myr在分解植物中的硫代葡萄糖苷中起着至关重要的作用，导致产生潜在的生理活性产物，如异硫氰酸盐(ITCs)、硫氰酸盐、氰上皮烷烃和腈。这些化合物有可能对人体健康产生有益影响。在这些代谢物中，萝卜硫素(SFN)通过Myr介导的萝卜硫苷(GRA)水解产生，SFN可作为Keap1/Nrf2/ARE通路的有效诱导剂，通过刺激II型解毒酶（如谷胱甘肽转移酶和醌还原酶）产生，表现出多功能特性。此外，SFN作为一种ITC化合物，其显著的生物活性显示出对癌症的预防和改善作用，引起了人们的极大关注。
SFN的化学合成通常涉及异硫氰酸胺与硫代膦的反应或利用二硫化碳/脱硫剂体系以及以叠氮化物为底物的串联Staudinger/aza-Wittig方法。然而，通过化学合成获得单一立体构型的SFN在过程控制方面存在挑战。同时，有机试剂的大量消耗和副产品的大量产生，容易造成环境污染。芸苔科十字花科植物，如白菜、西兰花等，富含多种硫代葡萄糖苷，可经酶或酸水解产生SFN。因此，植物提取仍然是制备SFN的主要方法。由于从天然植物和细菌中分离和纯化Myr的缺点，往往导致成本增加，利用宿主异源表达生产Myr已成为一种有效的替代方法。
针对以上问题，该团队在大肠杆菌中体外表达甘蓝蚜虫(Brevicoryne brassicae) 来源的Myr，拓展(R)-SFN的制备，并通过通道工程、饱和突变、次优残基挖掘和虚拟组合突变设计等模拟驱动的突变组合，获得高活性的突变体DE9 (N321D/Y426S)，与野生酶相比，催化效率(kcat/KM)显著提高了2.91倍。分子动力学模拟表明，突变体DE9的LoopA中的N321D突变通过氢键形成模式有利改变增强了LoopA的稳定性，而LoopB中的Y426S突变则降低了空间阻力。综上，此研究为绿色酶促(R)-SFN的合成奠定了基础。
图形摘要
江南大学2021级博士生孙若斌与2019级硕士生黄河鸥为该论文的共同第一作者，郑璞教授为该论文的通讯作者。
近年来，我校生物工程学院郑璞教授团队在生物催化与发酵工程方面取得明显进展，相关成果陆续发表于Journal of Agricultural and Food Chemistry、International Journal of Biological Macromolecules、Chemistry – A European Journal、Bioresource Technology、Biotechnology for Biofuels and Bioproducts、ACS Sustainable Chemistry & Engineering等本领域权威期刊。
