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为解决 [NiFe] 氢化酶（Hydrogenases）异源生产难题，研究人员以大肠杆菌为宿主，采用乳糖自诱导策略开展研究。结果表明该策略可生产有活性的氢化酶，且产量提高。这为氢化酶生产工艺改进及工业化应用奠定基础。
在生物能源和生物催化领域，[NiFe] 氢化酶作为一类关键的金属酶，备受关注。它能够高效催化氢气的氧化与生成，在生物燃料电池的生物阳极、氢气辅助的辅因子循环系统等方面，有着巨大的应用潜力。然而，目前 [NiFe] 氢化酶的异源生产面临诸多挑战。一方面，酶的合成成本高昂；另一方面，氢化酶对环境中的氧气（
O2）和一氧化碳（
CO）极为敏感，这大大限制了其在工业中的广泛应用。到目前为止，[NiFe] 氢化酶的异源生产仅在实验室规模实现，且局限于少数细菌物种，产量也处于较低水平，这使得氢化酶难以大规模应用。
为了攻克这些难题，柏林工业大学（Technische Universit?t Berlin）的研究人员展开了深入研究。他们聚焦于能否通过基于分批补料的自诱导方法，提升活性氢化酶的生产效率，涵盖辅助因子的形成和时空产率等方面。研究人员使用携带相关质粒的重组大肠杆菌 BQF8RH8 菌株，在类似 EnPresso B 培养基的体系中，采用基于乳糖的自诱导系统进行培养。最终研究发现，利用该自诱导系统能够成功生产出有活性的调节氢化酶（RH），这一成果显著加快了生产进程，提高了氢化酶的生产效率，为后续的工业化生产提供了重要的理论和实践基础。该研究成果发表在《Biotechnology Letters》上。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是菌株培养技术，使用特定的大肠杆菌菌株 BQF8RH8 ，并在 LB 培养基进行预培养，在 EnPresso B 培养基进行主培养；二是蛋白检测与分析技术，通过 SDS-PAGE 和 western blotting 测定总 RH 产量，利用 Strep-Tactin? Gravity Superflow? 柱纯化蛋白，借助分光光度法测定 RH 的酶活性。
下面来具体看看研究结果：
- RH 生产情况：研究人员通过测定培养过程中的OD600来监测大肠杆菌的生长情况。在培养初期，由于培养基中初始葡萄糖供应以及 EnPresso B 培养基持续释放葡萄糖，使得葡萄糖浓度充足，细胞快速生长，溶解氧（DO）水平急剧下降。随着碳源逐渐消耗，培养进入稳定期，DO 水平上升。在培养 24 小时时，RH 产量较低，这可能是因为较低的培养温度（18°C）使细胞生长缓慢，葡萄糖消耗慢，抑制了 RH 的表达。而延长培养时间后，总 RH 产量显著增加，48 小时时达到约100mgL?1 ，96 小时时达到约150mgL?1，且可溶性 RH 产量比传统 IPTG 诱导高出 2 - 4 倍。
- 活性 RH 的生产：研究人员测定了不同培养时间下产生的 RH 的氢气氧化活性。结果显示，培养 24 小时的 RH 样品未检测到活性，48 小时的样品比活性约为0.7Umg?1 ，96 小时的样品比活性则大于1.3Umg?1。这表明随着培养时间的延长，RH 的成熟过程逐渐完成，酶活性不断提高。虽然该自诱导方法获得的 RH 最大比活性尚未达到 IPTG 诱导的3.0Umg?1 ，但其产量几乎是之前 IPTG 诱导工艺的四倍。
在结论和讨论部分，研究人员利用改进的菌株 BQF8RH8 ，结合基于乳糖的自诱导系统和 EnPresso B 培养基，成功生产出具有催化活性的 RH，其活性与从 C. necator 纯化的 RH 相当。尽管此次研究中 RH 产量未达到之前优化的 BQF8RH 菌株的水平，但相较于之前 BQF8RH8 菌株的研究结果，产量已有显著提高。更重要的是，所生产的 RH 展现出了酶活性，这充分证明了自诱导方法在异源生产活性氢化酶方面的有效性。这一研究成果为未来基于自诱导的生产工艺改进以及生物反应器中的大规模生产提供了坚实的基础，有望推动 [NiFe] 氢化酶在工业领域的广泛应用，解决目前面临的生产难题，具有重要的科学和实践意义。
