β-葡萄糖苷酶（BGL1）被广泛用于动物饲料工业。然而，由肠中消化酶引起的降解阻碍了其应用。提高饲料酶对蛋白酶的抗性在畜牧业中至关重要。为了提高β-葡萄糖苷酶对胃蛋白酶和胰蛋白酶的抵抗力，本研究开发了一种基于结合态形成抑制的合理分子设计和二级设计。该策略包括：

（1）预测胃蛋白酶-BGL1复合物结构的相互作用表面;

（2）预测影响复合物形成的关键氨基酸;

（3）通过结构评估优化胃蛋白酶抗性突变体;

（4 ）基于胃蛋白酶抗性突变体的二级分子设计，以及胃蛋白酶和胰蛋白酶抗性突变体的优化。

构建了两个BGL1蛋白突变体（BGL1Q627C和BGL1Q627C / R543H / R646W），然后突变并在巴斯德毕赤酵母中表达了野生型BGL1。胃蛋白酶暴露后，BGL1Q627C和BGL1Q627C / R543H / R646W的半衰期分别为野生型的1.36和1.51倍。对于胰蛋白酶的抗性，其半衰期分别是野生型的0.93和1.53倍。与野生型相比，除了增加的米氏常数外，两个突变体的大多数基本酶学性质均未发生明显变化。合理的设计方法可以作为修饰其他饲料酶的指导。

同源建模（Homology modeling）是利用信息技术的手段，可以直接从蛋白的一级结构（氨基酸序列）预测蛋白质的高级结构（主要为三级结构）。人们可以通过使用一个或多个已知结构的蛋白（模板蛋白，template）来构建未知结构蛋白（目标蛋白，target）的空间结构。Discovery Studio为用户提供了一整套利用Homology Modeling方法自动预测蛋白质空间结构的工具。用户只需要提供蛋白质的氨基酸序列就可以轻松完成同源模型的构建及模型可信度评估的工作。

蛋白对接（ZDOCK/RDOCK）是ZDOCK是一种基于快速傅里叶转化相关性技术的刚性蛋白对接算法。算法中快速傅里叶转化相关性技术被用于搜索蛋白-蛋白系统的平动和转动空间。RDOCK是一种基于CHARMm的能量优化过程，用于优化ZDOCK所寻找到的蛋白-蛋白复合物的结合构型，并使用能量打分函数给这些结合构型打分。

ref：Enzyme and Microbial Technology；IF=3.553

链接： https://doi.org/10.1016/j.enzmictec.2019.109465 

绿色木霉中的β-葡萄糖苷酶是糖苷水解酶家族的一员，β-葡萄糖苷酶可以将纤维素和短链低聚糖水解为葡萄糖，因而β-葡萄糖苷酶提高了纤维素的利用率，在饲料工业中得到了广泛的应用。然而，饲料中添加的酶易被动物的肠道消化酶破坏。提高β-葡萄糖苷酶对消化酶(胃蛋白酶和胰蛋白酶)的抗性，将使其在实际应用中更加经济有效。本文对β-葡萄糖苷酶的在消化系统中提高胃蛋白酶/胰蛋白酶抗性进行了研究。通过借助DS中的Modeller模块构建出绿色木霉中的β-葡萄糖苷酶的三维结构，接着用ZDOCK将β-葡萄糖苷酶分别与胃蛋白酶和胰蛋白酶进行对接，Rdock优化后找到最可能的结合构象。再次借助DS中的蛋白突变模块，对β-葡萄糖苷酶进行突变设计，挑选出比较稳定的结果。最后通过实验的方法进行验证，得到的结果与计算结果一致，BGL1 Q627C 和 BGL1 Q627C/R543H/R646W这两个突变体对胃蛋白酶和胰蛋白酶的抗性都有所增加，同时酶活性没有降低。本研究可以为其他饲料酶的改性提供参考。

图一构建绿色木霉中β-葡萄糖苷酶的三维结构。

图二β-葡萄糖苷酶与胃蛋白酶，BGL1^Q627C与胰蛋白酶对接打分最高的5个结果

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