硅标签融合异源酶与介孔二氧化硅复合体系高效合成光学活性醇(R)-PED的研究

研究人员针对异源酶(RCR/SDH)在介孔二氧化硅固定化中辅酶再生活性降低的问题，通过硅标签(Si-tag)定向固定技术，将(R)-羰基还原酶(RCR)和山梨醇脱氢酶(SDH)活性提升5倍，使光学活性醇(R)-PED产率达40%。通过扩大介孔孔径至10.6 nm，酶重复使用10次后活性保持50%，并开发颗粒化复合载体实现工业化应用潜力。

　　

在制药工业中，光学活性醇(R)-1-苯基-1,2-乙二醇((R)-PED)作为关键手性中间体，其高效合成一直面临传统化学法环境污染和生物催化效率低的双重挑战。尽管酶催化具有绿色优势，但异源酶固定化过程中的活性损失和重复使用稳定性差成为瓶颈。日本产业技术综合研究所(AIST)的Shun-ichi Matsuura团队在《Biochemical Engineering Journal》发表的研究，创新性地将硅结合蛋白标签(Si-tag)与介孔二氧化硅载体结合，实现了酶定向固定化和反应效率的突破。

研究采用硅标签融合技术构建了N端/C端修饰的(R)-羰基还原酶(Si-tag-NT60-RCR/Si-tag-CT71-RCR)和山梨醇脱氢酶(Si-tag-NT60-SDH/Si-tag-CT71-SDH)，对比了五种不同孔径(2.6-10.6 nm)的介孔二氧化硅载体性能。通过酶活测定、孔径优化和颗粒化复合载体开发等关键技术，系统评估了催化效率和操作稳定性。

Synthesis of supports for enzyme immobilization
研究团队合成了FSM型(2.6/8.0 nm)和SBA系列(5.4/8.1/10.6 nm)介孔二氧化硅载体，发现10.6 nm孔径的SBA10.6使Si-tag融合酶的比表面积达到647 m²/g，显著优于非多孔硅胶载体KE-S100。

Preparation of Si-tagged enzymes and evaluation of enzyme activities
Si-tag定向固定使SDH辅酶再生活性恢复至游离酶的92%，而传统吸附法仅剩23%。(R)-PED产率从无标签酶的8-10%提升至40%，且颗粒化复合载体在10次循环后仍保持50%产率。

讨论与意义
该研究通过分子-材料协同设计解决了三个关键问题：(1)硅标签实现酶在载体表面的取向固定，避免孔道限域效应导致的活性位点遮蔽；(2)10.6 nm大孔径促进底物/产物扩散，使反应效率提升5倍；(3)有机-无机复合颗粒载体兼具介孔硅的高效性和聚合物机械强度。这一策略为多酶级联反应体系的工业化应用提供了新范式，其硅标签技术可拓展至其他氧化还原酶系的固定化研究。论文致谢部分提到获得JSPS科研基金(21K05160/24K01532)支持，体现了该研究在绿色生物制造领域的战略价值。