中国海洋大学在海洋多糖糖苷酶构效关系研究领域取得新进展

　　 近日，中国海洋大学食品科学与工程学院薛长湖院士和常耀光教授团队在Nature communications（《自然-通讯》）上发表了题为“Structure-Function Relationship of the GH168 Fucanase Reveals an Unusual Enzyme Recognition Mechanism for Sulfated Polysaccharide” （GH168家族岩藻聚糖酶的构效关系研究揭示出酶识别硫酸多糖的新颖机制）的最新研究成果。本研究运用结构生物学、分子生物学、糖组学等前沿技术，系统阐明了糖苷水解酶GH168家族的构效关系，发现了由硫酸酯基介导的糖苷酶-多糖识别新机制。

　　岩藻聚糖是最具应用潜力的海洋多糖之一，来源于褐藻与棘皮动物，被证实具有丰富且显著的功能。岩藻聚糖酶是岩藻聚糖研究与开发的核心工具。2020年，课题组发现了首个内切-1,3-岩藻聚糖酶基因，进而构建了一个全新的糖苷水解酶家族——GH168。本研究在GH168全家族空间内开展基因挖掘与克隆表达；以十余年积累的一系列结构清晰的岩藻聚糖为底物，进行了大规模酶活筛选与作用方式解析，阐明了16个新颖岩藻聚糖酶的亚位点特异性；以蛋白结晶、X射线衍射等结构生物学技术解明了代表性成员的酶蛋白及复合物晶体结构9个，揭示了该家族的底物识别机理、描绘了GH168家族的构效关系。有别于糖酶普遍采用的直接识别糖骨架的典型机制，GH168家族的关键残基中高达2/3作用于多糖硫酸酯基而非糖骨架，展现出一种以硫酸酯基介导为特征的糖苷酶-底物识别新机制。该研究拓展了对糖酶底物识别机制的理解，为岩藻聚糖的研究与开发掌握了一系列作用方式及机理清晰的工具酶，并为岩藻聚糖酶的改造设计提供了理论支撑，有利于推动岩藻聚糖及其原料资源的高效开发。

　　薛长湖院士与常耀光教授长期围绕海洋食品生物大分子开展基础理论与应用研究，近年来取得多项突破。运用“IT+BT”结合人工智能技术开展基因暗物质挖掘，发现糖酶及糖结合蛋白新家族共计11个，率先发现并命名了β-海萝胶酶、α-海萝胶酶两种新酶活、建立EC号2个，授权相关专利20余项，成果多次被国际权威数据库CAZy报道，常耀光教授受邀在Carbohydrate Bioengineering Meeting等领域权威会议做大会邀请报告。以新颖糖酶及结合蛋白为核心工具，构建了基于“酶解+糖组学”的海洋活性多糖结构高效解析策略，开发出多糖免疫侧向流层析（胶体金）试纸条、电化学传感器芯片、特异性荧光探针等新型分析器件与试剂；实现了十余类海洋多糖的精准分子剪裁，建立了目前全球转化率最高的紫菜酶解工艺，开发出一系列新型营养食品。相关工作成果贯穿了“独特工具-关键技术-创新产品”的全链条，为海洋食品资源开发的原始性创新做出了示范。

　　中国海洋大学为本研究进展的第一完成单位，2022级博士研究生陈广宁为第一作者，薛长湖院士、常耀光教授为本文通讯作者。该工作获得国家自然科学基金区域联合重点项目（U22A20542）、国家自然科学基金青年学生基础研究项目（324B2061）、中国海洋大学研究生自主科研项目（202461048）的资助支持。

文：袁宇　图：常耀光

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-63891-4

　　　　　https://doi.org/10.1038/s41467-025-63891-4