介孔硅骨架固定双酶系统高效降解偶氮染料甲基红的技术突破

本研究针对游离态偶氮还原酶(AzoR)和葡萄糖脱氢酶(GDH)在反应溶液中易聚集失活的问题，创新性地通过硅结合蛋白标签(Si-tag)将双酶共固定在介孔硅材料(FSM/SBA)表面。结果表明，介孔硅固定化体系使甲基红降解率显著提升，且在高盐/表面活性剂条件下展现出优异的重复使用性，为工业废水处理提供了新策略。

　　

研究背景与意义
偶氮染料作为纺织工业的主要污染物，其传统化学降解方法易产生剧毒芳香胺副产物。生物酶解法虽环保但面临重大挑战：游离态偶氮还原酶(AzoR)需依赖NADH辅酶，而负责辅酶再生的葡萄糖脱氢酶(GDH)与AzoR在异源共表达时易发生蛋白聚集失活。日本产业技术综合研究所(AIST)的Shun-ichi Matsuura团队在《Journal of Bioscience and Bioengineering》发表研究，通过蛋白质工程与材料科学交叉创新，开发出基于介孔硅骨架的双酶固定化系统，实现了甲基红染料的高效循环降解。

关键技术方法
研究采用两种孔径匹配的介孔硅材料(FSM-8.0和SBA-8.1)作为固定化载体，通过基因工程在AzoR和GDH的N端融合273个氨基酸的硅结合标签(Si-tag)。采用高盐/表面活性剂条件优化酶-载体复合物稳定性，通过紫外分光光度法监测甲基红降解率，并系统评估了固定化酶的吸附量、活性保留率和重复使用性。

研究结果
Synthesis of support for enzyme immobilization
比较了介孔硅(FSM-8.0/SBA-8.1)与非孔硅(KE-S100)的载体特性，孔径8nm的介孔硅可同时容纳AzoR(54kDa)和GDH(116kDa)二聚体。

Overexpression and purification of recombinant Si-tag-fused AzoR and GDH
成功表达并纯化Si-tag融合酶，电泳显示Si-tag-AzoR和Si-tag-GDH分子量分别增加约30kDa和27kDa。

Adsorption and activity evaluation of Si-tag-fused AzoR
Si-tag使AzoR在介孔硅的负载量提升3.2倍，且FMN辅基保留率>90%。共固定化体系中，GDH的NADH再生效率决定整体降解速率。

讨论与结论
该研究突破性地发现：双Si-tag融合策略使介孔硅固定化酶的10次循环后活性保持率达78%，显著高于非孔硅体系(≤35%)。其核心机制在于介孔结构既防止酶蛋白泄漏，又维持了底物传质效率。该技术为复杂酶系统的工业应用提供了普适性方案，尤其适用于需要辅酶再生的多酶级联反应，在环境治理和生物制造领域具有广阔前景。