近期我校生物工程学院工业生物技术教育部重点实验室夏小乐教授团队在耐热耐碱木聚糖酶的改造与应用研究取得新进展，研究结果“Computer-Aided reconstruction and application of Bacillus halodurans S7 xylanase with heat and alkali resistance”封面正式发表于Journal of Agricultural and Food Chemistry （Top期刊、SCI一区期刊，IF=6.1） （https://doi.org/10.1021/acs.jafc.3c08221）。
木聚糖酶（Xylanase）是木聚糖降解过程最关键的水解酶，其作为生物催化剂在工业生产中发挥重要作用，属于一类必不可少的工业酶，在食品、造纸、纺织和生物制造等行业中用途广泛。木聚糖酶虽然具有很大的应用潜力，但是它在具体的工业应用中通常需要高温以及碱性环境，而大多数的木聚糖酶缺乏极端环境的适应性，最终造成应用难度和生产成本增加等问题。因此如何利用现有的各种木聚糖酶，改造和筛选出耐热耐碱的木聚糖酶尤为重要。
针对上述问题，夏小乐团队开发了一种基于等温压缩系数（βT）微扰工程（ICPE-TPA）策略，结合高压分子动力学模拟，理性筛选“热波动”区域，利用算法互补的自由能计算软件（FoldX、I-mutant2.0和Rosetta Cartesian_ddG）筛选潜在的突变体，随后进行突变体组合工程，从而得到高耐热耐碱性能的木聚糖酶。最佳突变体R69F/E137M/E145L比酶活达到了1368.6 U/mg，是WT的4.9倍；在耐热性方面，R69F/E137M/E145L在70℃环境下的温度半衰期达到了458.1 min，是WT的39.4倍；在耐碱性方面，同时在70℃和pH 9.0环境下的pH半衰期达到了383.1 min，是WT的57.6倍。利用分子对接分析和MD模拟分析，以探讨阳性突变体耐热耐碱性得到显著提升的原因。此外，将最佳突变体初步应用于制备低聚木糖当中，为酶法制备低聚木糖奠定了基础。
图文摘要
夏小乐教授为论文通讯作者，江南大学2021级硕士生周慧敏和蔡永超博士后为共同第一作者。上述研究得到了国家重点研发计划（2022YFC2105501）、江苏省研究生科研与实践创新计划（KYCX22_2363）、中国博士后科学基金（2022M711368）和江苏省自然科学基金（BK20221081）等项目资助。
近年来夏小乐教授团队在未来发酵食品绿色智能制造及健康功能因子的合成生物制造方面取得丰硕成果，相关研究发表在Trends in Food Science & Technology（2020，IF= 16.002）、Biosensors and Bioelectronics（2022，IF=12.545）、Food Hydrocolloids（2023，IF=10.7）、Journal of Agricultural and Food Chemistry（2022，IF=6.1）等本领域权威期刊。
