近期，我校3044am永利集团3044noc郑璞教授团队在计算机驱动甘蓝蚜虫黑芥子酶的进化以高效生产(R)-萝卜硫素方面取得进展，研究成果“Computer-driven Evolution of Myrosinase from the Cabbage Aphid for Efficient Production of (R)-Sulforaphane”发表于Journal of Agricultural and Food Chemistry期刊（一区、Top期刊，IF=6.1）（https://doi.org/10.1021/acs.jafc.4c02064)。
研究背景
黑芥子酶(Myr, EC 3.2.1.147)是糖苷水解酶家族的一员，普遍存在于十字花科植物、昆虫和肠道微生物中。Myr在分解植物中的硫代葡萄糖苷中起着至关重要的作用，导致产生潜在的生理活性产物，如异硫氰酸盐(ITCs)、硫氰酸盐、氰上皮烷烃和腈。这些化合物有可能对人体健康产生有益影响。在这些代谢物中，萝卜硫素(SFN)通过Myr介导的萝卜硫苷(GRA)水解产生，SFN可作为Keap1/Nrf2/ARE通路的有效诱导剂，通过刺激II型解毒酶（如谷胱甘肽转移酶和醌还原酶）产生，表现出多功能特性。此外，SFN作为一种ITC化合物，其显著的生物活性显示出对癌症的预防和改善作用，引起了人们的极大关注。
SFN的化学合成通常涉及异硫氰酸胺与硫代膦的反应或利用二硫化碳/脱硫剂体系以及以叠氮化物为底物的串联Staudinger/aza-Wittig方法。然而，通过化学合成获得单一立体构型的SFN在过程控制方面存在挑战。同时，有机试剂的大量消耗和副产品的大量产生，容易造成环境污染。芸苔科十字花科植物，如白菜、西兰花等，富含多种硫代葡萄糖苷，可经酶或酸水解产生SFN。因此，植物提取仍然是制备SFN的主要方法。由于从天然植物和细菌中分离和纯化Myr的缺点，往往导致成本增加，利用宿主异源表达生产Myr已成为一种有效的替代方法。
针对以上问题，该团队在大肠杆菌中体外表达甘蓝蚜虫(Brevicoryne brassicae) 来源的Myr，拓展(R)-SFN的制备，并通过通道工程、饱和突变、次优残基挖掘和虚拟组合突变设计等模拟驱动的突变组合，获得高活性的突变体DE9 (N321D/Y426S)，与野生酶相比，催化效率(kcat/KM)显著提高了2.91倍。分子动力学模拟表明，突变体DE9的LoopA中的N321D突变通过氢键形成模式有利改变增强了LoopA的稳定性，而LoopB中的Y426S突变则降低了空间阻力。综上，此研究为绿色酶促(R)-SFN的合成奠定了基础。
图形摘要
3044am永利集团3044noc2021级博士生孙若斌与2019级硕士生黄河鸥为该论文的共同第一作者，郑璞教授为该论文的通讯作者。
近年来，我校3044am永利集团3044noc郑璞教授团队在生物催化与发酵工程方面取得明显进展，相关成果陆续发表于Journal of Agricultural and Food Chemistry、International Journal of Biological Macromolecules、Chemistry – A European Journal、Bioresource Technology、Biotechnology for Biofuels and Bioproducts、ACS Sustainable Chemistry & Engineering等本领域权威期刊。
