广西热作所科技人员在中科院3区SCI期刊发表分子伴侣调控木瓜蛋白酶折叠机制的研究论文

近日，广西热作所特色果蔬质量安全控制机理与评价团队科研人员在国际知名工程技术领域SCI期刊《Biochemical Engineering Journal》（中科院3区，影响因子3.8）在线发表了题为“High-throughput microdroplet screening reveals chaperone- and time-dependent enhancement of recombinant papain folding and activity in Escherichia coli”的研究论文。

图1. 论文信息

木瓜蛋白酶（papain）是食品加工、医药、皮革工业等领域广泛应用的经典硫蛋白酶，但天然乳胶来源受季节性和病害影响，产量不稳定，促使开发重组表达体系成为产业需求。然而，由于木瓜蛋白酶含有多个二硫键，且对宿主具有一定毒性，其在大肠杆菌中的可溶性、高活性表达长期受到错误折叠、聚集及细胞生长抑制等制约。

本研究首次构建了微滴微生物培养（microdroplet microbial culture，MMC）高通量实时监测体系，系统解析了五类经典分子伴侣（pG-KJE8、pGro7、pKJE7、pG-Tf2、pTf16）对木瓜蛋白酶折叠路径、结构构成与酶活性的影响。研究揭示了蛋白折叠过程中的时间依赖特性，明确捕捉到蛋白毒性导致的瞬时“细胞裂解窗口”，在该窗口中酶活峰值可达 818.2 U/mg，为传统收获时间点的两倍以上。

结果表明，分子伴侣 Trigger Factor（pTf16）在促进木瓜蛋白酶可溶性表达和构象灵活性方面表现最优；相比之下，同时表达 GroEL/ES 与 TF 的复合体系（pG-Tf2）因折叠动力学不匹配反而导致严重聚集和活性下降。圆二色谱（CD）与傅立叶红外光谱（FTIR）进一步证明：高活性木瓜蛋白酶并不依赖某一固定“静态结构”，而依赖于能够进行底物诱导构象重排的“动态可塑性”，该特性正是 TF 协同折叠所赋予的核心优势。

图2. 不同IPTG浓度下共表达或不共表达分子伴侣的E. coli BL21(DE3)菌株在28°C MMC培养基中的生长曲线（OD600）

此外，研究团队将pTf16与具有氧化型胞质环境的 SHuffle 菌株组合，获得高达450.2 mg/L的可溶性产量及857 U/mg的高比活，证实了“折叠辅因子+胞质氧化环境”策略在生产复杂、含多二硫键的外源酶中的显著协同效应。

本研究建立了适用于毒性蛋白与复杂折叠蛋白的高通量动力学筛选体系，明确了分子伴侣调控木瓜蛋白酶折叠效率的内在机制，为重组硫蛋白酶及其他高阶结构酶的低成本工业化生产提供了理论基础和方法支撑。

广西热作所陈仕淼和陈燕为论文共同第一作者，陆覃昱为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金项目、广西自然科学基金项目及广西农业科学院基础科研业务专项的资助。

热作所  陈仕淼供稿/供图
一审一校：单   彬

二审二校：刘思朝

三审三校：覃剑峰