摘要
玉米赤霉烯酮(Zearalenone, ZEN)是镰刀菌属真菌分泌的非甾体类雌激素霉菌毒素，其分子含有大环内酯结构，最初被用作动物饲料中的生长促进剂，但现在被认为具有副作用，尤其是在动物繁殖中。它是目前世界上三种污染最严重的真菌毒素之一。生物处理是降解ZEN的有前途的方法。乳糖醇水解酶是研究最广泛的ZEN降解酶之一，乳糖醇水解酶RmZHD通过水解ZEN的酯键使其转化以形成无毒产品。以发掘新酶和点突变的形式来提高玉米赤霉烯酮降解酶的活性，受到多种条件的限制，而且活性提高的幅度较低，不能满足目前的高效降解的需要。 与ZEN同样有酯键结构的大环内酯类抗生素以其结构中含有大环内酯而得名，对革兰氏阳性菌以及支原体的抑制活性高，是一种弱碱性亲脂性抗生素。大环内酯类抗生素常作为添加剂添加到动物饲料中，大量的不被吸收的抗生素以原型或代谢产物的形式排出动物体外，污染土壤、水体等生态环境。多采用堆肥的方式来去除抗生素的污染，但受到多种条件的限制，包括含水率、碳氮比、通风等。简单的堆肥并不能高效的去除粪便中残留的抗生素，能够便捷高效降解抗生素的方法有待进一步研究。 重组人铁蛋白重链(Ferritin)是广泛应用的作为24聚体蛋白笼的生物纳米结构支架，其在体内和体外具有自组装性，相比于其他的生物大分子，铁蛋白的纳米原件相对简单，修饰和组装技术也研究的比较成熟，而且具有在N端连接功能性蛋白不影响纳米颗粒完整性的特性。由于铁蛋白独特的分子结构，它已被广泛用于生物传感器，疫苗和靶向药物递送系统的开发中。铁蛋白可以在有限时间内承受高温和宽范围的pH水平，而不会对由24个亚基形成的笼状四级结构造成显着破坏。 在这项研究中，我们基于铁蛋白的自组装应用于RmZHD的纳米颗粒酶的构建，以提高RmZHD的催化活性。在不破坏铁蛋白自组装的情况下，将RmZHD及其突变体RmZHD(Y160A)融合到铁蛋白的N端，在大肠杆菌表达体系中体外表达纯化，获得高纯度的RmZHD-rHF和RmZHD(Y160A)-rHF蛋白。透射电子显微镜测量的RmZHD-rHF和RmZHD(Y160A)-rHF的直径约为12nm。以游离酶为对照，研究两种纳米颗粒酶降解ZEN的能力，结果表明，与游离酶相比，RmZHD-rHF和RmZHD(Y160A)-rHF对ZEN的水解效率分别提高了3.5倍和4.6倍。同时，两种纳米颗粒酶在在高温和宽pH范围均具有更好的催化能力。此外，我们选取RmZHD纳米颗粒酶，研究了其对两种代表性大环内酯类抗生素红霉素和泰乐菌素的降解能力， 结果表明纳米酶RmZHD-rHF对这两种抗生素均具有较高的水解能力，Kcat分别比红霉素和泰乐菌素的游离酶高2.75倍和3.4倍。 玉米赤霉烯酮降解酶与铁蛋白进行融合后，使其自组装形成24聚体纳米酶蛋白，可以增强其对底物的催化活性，且使酶对温度及pH有更强的耐受性。这种方法适用于人铁蛋白与多种酶的融合表达，用来改良目标酶的特性，还可以通过延长连接肽的长度进一步提高酶活性。该方法在科学研究和应用基础研究中具有较高的研究价值和科学意义。
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