基于弹性蛋白样多肽标签的β-葡萄糖苷酶高效纯化与固定化集成技术研究

本研究针对酶工业应用中纯化成本高、稳定性差等瓶颈问题，创新性地利用弹性蛋白样多肽（ELPs）的温度响应特性，开发了β-葡萄糖苷酶（Glu）的纯化-固定化集成技术。通过构建Glu-linker-ELP30/40/50融合蛋白，实现温度诱导相变纯化及疏水吸附固定化，使固定化酶热稳定性提升，CMC糖基化率提高27.26%-28.05%，为酶工程提供了高效、低成本的解决方案。

　　

在生物催化领域，酶制剂的高成本、低稳定性犹如"阿喀琉斯之踵"，制约着其工业化应用。传统色谱纯化步骤繁琐，游离酶易失活，这些问题让研究者们将目光投向了新型蛋白标签技术。弹性蛋白样多肽（Elastin-like polypeptides, ELPs）因其独特的温度响应特性进入视野——这种由(VPGXG)_n重复序列构成的生物材料，能在特定温度下发生可逆相变，犹如给酶装上了"智能开关"。

南京工业大学的研究团队在《Journal of Biotechnology》发表的研究中，以β-葡萄糖苷酶（Glu）为模型，巧妙利用ELPs标签构建了"纯化-固定化"一体化平台。通过基因工程手段，将不同长度（n=30/40/50）的(VPGVG)_n序列与Glu融合表达，温度诱导产生的疏水聚集效应不仅实现了离心级纯化，更让酶分子自发吸附于载体材料。这种"一石二鸟"的策略，使固定化酶的糖基化效率提升近三成，为生物制造提供了新思路。

关键技术包括：1）ELPs标签的理性设计（30/40/50重复单元）；2）温度响应相变纯化技术；3）疏水相互作用介导的无载体固定化；4）CMC糖基化协同催化体系评估。

【研究结果】
• 材料构建：成功构建pET-Glu-linker-ELP_30/40/50重组质粒，SDS-PAGE验证表达正确（图S1）。
• 纯化优化：25℃相变温度下，ELP₅₀标签纯化效率最高，3轮逆相变循环回收率达92%。
• 固定化机制：高于云点时ELPs疏水域暴露，通过π-π堆积吸附于聚苯乙烯载体，载酶量达48.7 mg/g。
• 性能提升：固定化Glu在60℃半衰期延长6倍，10次循环后活性保持80%，CMC水解中与纤维素酶协同使糖基化率提升至28.05%。

这项研究的突破性在于将ELPs的相变特性"物尽其用"：温度既是纯化触发器，又是固定化驱动力。相比传统His标签纯化结合共价固定化的多步操作，该技术将流程压缩为"发酵-温控沉淀-吸附"三步，成本降低40%。特别值得注意的是，ELP₅₀标签在载体表面形成的动态疏水层，既保护了酶活性中心，又增强了底物传质效率，这种"智能界面"效应为新型固定化载体设计提供了范式。正如研究者Juan Han在讨论中指出，该技术可拓展至其他工业酶体系，对实现绿色生物制造具有重要价值。