新型酸性昆布多糖酶Jermuk-LamM的发现及其在褐藻生物质转化中的应用潜力

这篇研究报道了从亚美尼亚Jermuk温泉宏基因组中鉴定出的新型酸性昆布多糖酶Jermuk-LamM，该酶属于糖苷水解酶16家族(GH16)，对褐藻细胞壁中的昆布多糖(1,3-β-d-葡聚糖)具有特异性水解活性。研究通过克隆表达和生化表征发现，该酶在pH 5.0和55°C条件下活性最佳，能高效降解可溶性与不可溶性β-葡聚糖，为海洋生物质资源化利用提供了新型酶工具。

　　

新型酸性昆布多糖酶Jermuk-LamM的发现与表征

摘要
本研究从亚美尼亚Jermuk温泉宏基因组中鉴定出一种新型糖苷水解酶家族16(GH16)的昆布多糖酶Jermuk-LamM。该酶与NCBI数据库中已知GH16家族成员仅有48.1%的氨基酸序列相似性，是首个被表征的Fidelibacterota门(原Marinimicrobia)来源的endo-1,3-β-d-葡聚糖酶。

材料与方法
通过Illumina HiSeq 4000测序获得宏基因组数据，使用DLam基因作为探针筛选候选ORF。采用Golden Gate克隆系统在E. coli C43(DE3)中表达重组酶，通过镍柱亲和层析和分子筛进行纯化。酶活性测定采用DNS法检测还原糖释放，产物分析结合HPLC和TLC技术。

结果
序列特征
Jermuk-LamM包含287个氨基酸，预测分子量30.5kDa，等电点5.33。AlphaFold2结构预测显示其具有典型的GH16家族催化结构域，但与Thermotoga maritima来源的TmLamCD相比缺少"GASIG"柔性环结构。

酶学特性

• 最适pH 5.0，在pH4.5-7.5范围内保持活性
• 最适温度55°C，55°C下半衰期达7小时
• 对层粘连蛋白(228U/mg)的活性显著高于大麦β-葡聚糖(128U/mg)和地衣多糖(27U/mg)
• 水解产物分析显示主要生成葡萄糖和昆布二糖

结构分析
关键催化残基Glu134和Glu138构成催化双酸机制，Tyr176可能通过π-π堆积作用稳定+2位点底物结合。与Pyrococcus furiosus来源的pfLamA相比，缺少6个氨基酸插入形成的"kink"环，这可能是底物特异性差异的结构基础。

应用潜力
未经预处理的褐藻(Fucus vesiculosus)生物质经酶处理后，24小时内可释放29mM还原糖。酶活性对常见金属离子和添加剂(除Fe²⁺/Zn²⁺)表现出良好耐受性，显示其在生物燃料和制药领域的应用前景。

讨论
该研究首次报道了Fidelibacterota门微生物来源的GH16家族酶，拓展了对海洋微生物碳水化合物活性酶的认识。与同类酶相比，Jermuk-LamM的酸性最适pH和中等耐热性使其特别适合褐藻生物质的温和处理条件。未来可通过蛋白质工程进一步优化其工业适用性。