付永前教授团队在Journal of Agricultural and Food Chemistry上发表壳聚糖酶定向进化领域两项最新研究

新闻来源：生命科学学院点击数：更新时间：2025-12-18

近日，生命科学学院付永前教授团队联合南京工业大学江凌教授，在农林与食品领域顶级期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》（IF：6.2，中科院一区 TOP）上连续发表两篇关于壳聚糖酶的实验研究论文。

其中，题为“Enhancing Chitosanase Activity via Directed Evolution and Its Molecular Mechanisms”的论文由生命科学学院陈耀博士担任第一作者，台州学院付永前教授、孙小龙博士以及南京工业大学江凌教授为共同通讯作者。另一篇题为“Combining Signal Peptide Optimization with Directed Evolution to Enhance Chitosanase Activity”的论文同样以陈耀博士为第一作者，生物科学专业本科生陈敏和林新力为共同第一作者，台州学院付永前教授、尹丰伟博士以及南京工业大学江凌教授为共同通讯作者。

上述两项研究工作均得到了台州市科技计划项目和国家自然科学基金的资助支持。

研究进展一：

项目团队将来源于Streptomyces sp. N174的理性设计壳聚糖酶SsCsn46（mSsCsn46）与Escherichia coli的OmpA信号肽进行融合，并在此基础上开展定向进化，对酶性能进行了系统优化。最终获得的M1变体共引入18个突变位点，其比酶活达到1680 U/mg，较mSsCsn46提升了812倍。在连续供给底物3 h的条件下，M1可生成142 g/L的壳寡糖，转化率高达89.9%。分子动力学模拟结果表明，这些突变显著稳定了Asn157与GlcN-3之间的相互作用，并有效扩展了底物结合口袋体积（1483.8 Å³）。在实际应用中，当以来源于Aspergillus niger ATCC 1015的真菌壳聚糖为底物时，M1能在30 min内将其高效转化为壳寡糖，转化率达到95.1%。本研究系统展示了定向进化在重塑壳聚糖酶结构与功能、实现高效壳寡糖制备中的巨大潜力，为壳寡糖的工业化酶法生产提供了有力的技术支撑。

图1 论文截图

研究进展二：

研究团队采用位点饱和突变策略，对来源于Bacillus subtilis 168的壳聚糖酶Csn168天然信号肽进行了饱和突变，通过适度降低蛋白分泌水平，成功构建了基于水解圈表型的高分辨率筛选体系。依托该体系，经过多轮定向进化筛选获得了M8突变体，其在33 h内即可形成直径达28 mm的水解圈，催化活性较Csn168提升约10倍。同时，M8表现出显著增强的底物亲和力，K_m值由25.56 g/L降低至11.75 g/L。分子动力学模拟结果进一步表明，M8在底物结合后能够促进产物更快速地解离，从而加速整体催化周转过程。综上所述，本研究证明了将信号肽精细调控与定向进化相结合，是实现高性能壳聚糖酶突变体快速筛选与高效发现的一种切实可行的策略。