近期，我校生物工程学院陈坚院士团队张娟教授课题组在微生物降解角蛋白关键机制方面取得重要进展，研究成果“Cysteine-mediated cyclic metabolism drives the microbial degradation of keratin”正式发表于ACS Sustainable Chemistry & Engineering (IF=8.198) (https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c02627)。
角蛋白酶被认为是催化角蛋白分解的关键酶。然而，与活细胞分离后的角蛋白酶水解角蛋白的效率极低，仍是其应用的瓶颈。因此，解析产角蛋白酶微生物降解角蛋白的关键机制成为科学家们关注的重点。
在该研究中，研究人员分析了角蛋白特征水解产物半胱氨酸在地衣芽孢杆菌细胞内的代谢路径，以及代谢产物亚硫酸盐对角蛋白酶催化水解角蛋白的潜在促进作用，并基于此提出微生物降解角蛋白过程中存在半胱氨酸代谢介导的自循环协同催化体系。为了证实这一机制，研究人员首先进行了体外酶促反应，发现亚硫酸盐对角蛋白酶催化水解角蛋白具有明显的促进作用。随后，对半胱氨酸到亚硫酸盐的代谢通路中的关键基因进行了单敲除和组合敲除，结果显示突变株都失去了分泌亚硫酸盐和降解角蛋白的能力。此外，研究人员还在异源表达角蛋白酶的枯草芽孢杆菌中对这种自循环协同催化体系进行进一步验证。关键基因的缺失和回补也证实了半胱氨酸代谢过程介导了菌株降解角蛋白的能力，而强化关键基因表达可以显着增强重组菌株的角蛋白水解能力。
因此，微生物降解角蛋白的关键机制为：半胱氨酸通过分解代谢产生亚硫酸盐，然后分泌到细胞外协助角蛋白酶催化水解角蛋白；角蛋白降解后释放的半胱氨酸进入细胞，继续通过分解代谢转化为亚硫酸盐。这两个过程形成了一个永久的链式反应，使角蛋白充分水解。
陈坚院士和张娟教授为论文通讯作者，生物工程学院博士生彭政为第一作者。上述研究工作得到了国家重点研发计划（2017YFB0308401）、国家轻工技术与工程一流学科（LITE2018-08）、江南大学工业生物技术教育部重点实验室开放项目（KLIB-KF201706）等项目的资助。
半胱氨酸代谢介导的微生物降解角蛋白过程
