Journal of Environmental Management|陈坚院士团队张娟教授课题组研究成果：用于乙醛高效降解的工程乙醛脱氢酶

近日，Journal of Environmental Management在线发表了江南大学未来食品科学中心陈坚院士团队张娟教授课题组的研究成果“Engineered acetaldehyde dehydrogenase for the efficient degradation of acetaldehyde”（Penget al.,J.Environ.Manage.,2023,331, 117258.）。博士后彭政为论文第一作者，张娟教授和夏晓峰副教授为通讯作者。

乙醛（CH₃CHO）作为环境污染物广泛存在于烟雾、聚氨酯、聚酯塑料和工业废水中。在食品行业，乙醛容易在酿酒过程和食品包装中积累。低浓度乙醛会对人的眼睛和呼吸道造成强烈的刺激。高剂量（40-1000 μmol·L⁻¹）乙醛对细胞具有剧毒，并被国际癌症研究机构（IARC）归类为I类致癌物。因此，消除乙醛已成为环境管理和食品制造的挑战。醛脱氢酶（ALDH）是一种氧化还原酶，广泛存在于人类和动物肝脏、植物和微生物细胞，它可以催化乙醛脱氢为无毒的乙酸。目前，ALDH主要从动物肝脏中提取胰腺细胞，来源少、提取难度大，成本较高。基因工程表达重组ALDH是获得大量ALDH的有效方法，但缺乏高质量突变体的可视化高通量筛选方法，导致现有的工程化ALDH仍然呈现低活性和对乙醛的低降解率。

针对这一关键问题，本团队从先前研究中获得的具有乙醛降解能力的Candida tropicalisLBBE-W1中克隆了ALDH基因，构建表达载体P43NMK-ALDH并在B. subtilisWB600中成功表达，活性为47.26 U·mL^-1。随后，基于双受体氰基荧光探针响应乙醛降解产物NADH建立了一种可视化的方法，实现了ALDH突变体的高通量筛选。分子对接揭示了乙醛与ALDH结合区域的关键氨基酸，结合饱和诱变和可视化高通量筛选方法，获得了活性为119.82 U·mL^-1的突变体ALDH^S273N。ALDH^S273N的最佳反应温度和pH值分别为60°C和9.0。ALDH^S273N在30-50 °C和pH 5.0-9.0下表现出良好的稳定性。通过发酵优化，ALDH^S273N的活性增加到263.52 U∙mL^-1，是ALDH^WT的5.58倍。ALDH^S273N在2 h内对100 mmol∙L^-1乙醛的降解率为87.34%，是野生酶的4.2倍（20.81%）。因此，这项研究获得了一种具有高效乙醛降解能力和高产量的ALDH变体，为乙醛的绿色管理提供了可行的解决方案。

上述工作得到了国家重点研发计划项目（2022YFD2101402）、国家自然科学基金项目（22208125）、江苏省自然科学基金项目（BK20221084）和江苏省卓越博士后计划项目（2022ZB497）的资助。

图1 基于荧光探针筛选ALDH突变体的原理和过程

图2 利用分子对接和饱和诱变筛选ALDH突变体

（编辑：潘梦妍）