摘要：霉菌毒素玉米赤霉烯酮（ZEN）是主要由镰刀菌属物种产生的次级代谢产物。ZEN作为食品和饲料行业的主要污染物，对人类和动物的健康都有一定的危害。当前没有有效的技术在工业过程中降解ZEN。在这项研究中，作者从美洲瓶霉菌分离到一种新型的内酯水解ZHD607,并对其进行生化表征，该酶已克隆并在毕赤酵母中外源表达。ZHD607的特征是具有中性pH值的中温内酯水解酶，在35°C和pH8.0下显示最佳活性。根据结构和序列比对分析，从ZHD607生成的两个突变体ZHDM1和I160Y对ZEN的活性比ZHD607高2.9和3.4倍。分子动力学模拟阐明了催化活性得以提高的各种机制。这些发现加深了我们对ZHD酶家族的了解，是迈向ZEN解毒内酯水解酶工业化的重要一步。同源建模（Homologymodeling）是利用信息技术的手段，可以直接从蛋白的一级结构（氨基酸序列）预测蛋白质的高级结构（主要为三级结构）。人们可以通过使用一个或多个己知结构的蛋白（模板蛋白，template）来构建未知结构蛋白（目标蛋白，target）的空间结构。DiscoveryStudio为用户提供了一整套利用Homologymodeling方法自动预测蛋白质空间结构的工具。用户只需要提供蛋白质的氨基酸序列既可以轻松完成同源模型的构建及模型可信度评估的工作。分子动力学（MolecularDynamics,MD）是分子模拟中最常用的方法之一。该方法基于分子力场，能够动态的描述分子的运动状况，继而描述生命的动态过程。分子动力学在生命科学领域中的应用非常广泛，如蛋白质折叠的机理研究、酶催化反应的机理研究、与功能相关蛋白质的运动研究、生物大分子大范围构象变化的研究等等。分子动力学方法已经成功的运用于大分子体系低能量构象的模建、X射线晶体衍射以及NMR实验结果的处理。内酯水解酶的生化特征和突变分析Ref：JournalofAgriculturalandFoodChemistry.Accepted:November19,2019,IF=4.192链接：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.9b05853一、研究背景近年来，饲料和用于生产饲料的原料中的霉菌毒素污染己在全球范围内被日益发现。如黄曲霉毒素B1,玉米赤霉烯酮（ZEN）,和曲霉毒素AoZEN是主要由镰刀菌属产生的次级代谢产物。如禾谷镰刀菌，黄色镰刀菌和谷类镰刀菌。在来自北美的31.7%的饲料样品中，ZEN的含量超过100pig/kgoZEN对人类和动物均有害，可以通过受污染的谷物进入生物体，并引起生殖系统疾病。ZEN的化学结构类似于伊雌二醇，是天然雌激素之一，ZEN可与雌激素受体结合。ZEN的累积和可转移特性对饲料行业构成了巨大威胁，因此迫切需要有效的方法来降解或去除ZEN。探索用于降解ZEN及其衍生物的各种方法：化学方法（酸碱处理和氧化剂消除），物理方法（吸附、加热和加压处理）和生物方法（微生物处理）。前两种方法通过吸附或破坏内酯环和修饰基团来减少或排解ZEN。然而，这些技术仅部分有效，并且由于它们的高成本和低效率而受到阻碍。化学和物理处理还会破坏谷物和饲料的营养成分，并可能带来二次污染。而微生物降解对环境友好且具有成本效益。在微生物代谢过程中，霉菌毒素通过单个或多种酶的协同活性被水解，而且这种方法不会破坏谷物和饲料的营养成分。因此，这种方法在食品和饲料工业中显示出巨大的希望。已报道的内酯水解酶如ZHDIOkZHD518和CbZHD虽对ZEN和a-玉米赤霉烯醇有一定的水解活性，但是这些内酯水解酶的水解效率较低，不适合工业应用。在本研究中，从美洲瓶霉菌克隆了编码新型内酯水解酶的基因ZHD607,并在异源宿主巴斯德毕赤酵母中表达，然后使用定点诱变来提高ZHD607的水解效率。二、ZHD607的表达与纯化根据内酯水解酶RmZHD可催化ZEN中的酯键裂解，将其转化为低毒性的二羟基苯基的特性。作者对RmZHD的序列进行了分析，发现蛋白质ZHD607与RmZHD具有74%的一致性，表明ZHD607可能具有内酯水解酶的特性。因此使用密码子对其进行优化并用于克隆与表达，巴斯德毕赤酵母X33被用作产生重组ZHD607的表达宿主。之后并发现ZHD607最佳活性通常在温度30-40°C和pH8.0-10.0的范围内。三、突变体合理设计尽管ZHD607和RmZHD的序列显示出74%的一致性，但它们的活性缺相差很大（分别为4940和12288U/mg）0为了优化ZHD607的活性，作者使用序列比对、结构分析和定点诱...