“让天然生物防腐剂成为‘终结者’”——南开大学团队揭示NisP蛋白自切割机制推动天然抑菌肽的工程表达

在火腿、罐头等食品中最常见的一种防腐剂就是“亚硝酸钠”，然而以亚硝酸钠为代表的化学防腐剂对人体会有或多或少的毒害作用，有些还会对生态环境造成不利影响，而山梨酸及其盐类会造成人体皮肤过敏等不良反应。食品工业中，各类食品的防腐保鲜是一个亟待解决的重要问题，人们呼唤一种安全无毒、性能稳定、抗菌广谱的天然防腐剂以“终结者”的姿态出现，同时，这种防腐剂的造价和效能应符合现代工业生产的需要。

近日，南开大学生命科学学院乔明强教授领衔的分子微生物学及微生物工程实验室（3M实验室）与杨文博士课题组合作，揭示了乳酸链球菌中Nisin前导肽切割蛋白NisP蛋白的C末端自切割机制，为今后进一步研发天然生物防腐剂提供理论基础。这一成果发表于2014年6月刊发在国际学术刊物《结晶学报，D辑：生物结晶学》（ActaCrystallographica Section D）上，2013年该杂志的影响影子为14.103，在同类期刊中的影响因子排名第2位。

乳酸链球菌素Nisin由一类特定乳酸乳球菌产生，经翻译后修饰形成具有抑菌作用的五环肽，能抑制多数革兰氏阳性菌，尤其对产生芽孢的革兰氏阳性菌，如枯草芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌等有很强的抑制作用。Nisin能提高细菌对热的敏感性，因此可降低食品加工过程中的杀菌温度，有利于保持食品的营养价值和颜色。Nisin可被人体内的酶消化降解，对人体无害，是全球目前仅有的经过美国食品及药物管理局（FDA）批准的用于食品的生物防腐剂。

Nisin经翻译后修饰前导肽的切割对于Nisin抑菌活性形成十分重要，此过程依赖于枯草杆菌蛋白酶类家族NisP蛋白切割，NisP蛋白功能缺失将导致前体nisin前导肽无法切割，无法形成有抗菌作用的活性Nisin。该研究成果揭示了NisP晶体结构，并发现NisP蛋白C末端拥有一个自切割位点，切割后对NisP蛋白活性形成有重要意义。NisP蛋白末端自切割不仅影响Nisin前导肽切割，而且对细菌本身生长具有重要意义。

天然食品防腐剂取代化学合成防腐剂已是一种必然趋势，Nisin目前已在60多个国家推广应用于牛奶、奶酪、罐装食品、鱼肉制品、啤酒、饮料、日用甜食和沙拉等的防腐保鲜，我国对乳酸链球菌素的需要量越来越大。但是Nisin生产的发酵效价还有一定差距，这是

Nisin还不能够完全“终结”化学防腐剂的重要原因。

“我们自上世纪90年代就开始研究Nisin的生物合成和工业发酵，最新研究成果揭示了NisP的代谢机理，为进一步增强天然生物防腐剂性能和产量，降低生产成本提供理论依据，这方面研究还有更重要的意义。这一‘终结者’在不断成长。”乔明强介绍。

乔明强是南开大学生命科学学院分子微生物学及微生物工程实验室（3M实验室）教授，天津市生物化学与分子生物学会理事长，主要研究方向为资源细菌与工程，承担国家和省部级科研项目20余项。乔明强领衔的3M实验室除与南开大学结构生物学实验室合作并取得上述重大研究成果外，还与芬兰赫尔辛基大学、芬兰国家生物技术中心（VTT）、美国佛罗里达大学、俄亥俄州立大学，瑞士伯尔尼大学、新加坡南洋理工大学等均有项目合作。（通讯员 马超）