Al2O3纳米晶体交联枯草芽孢杆菌酪氨酸羟化酶增强L-多巴合成催化稳定性的机制研究

本研究针对帕金森病治疗药物L-多巴工业化生产中的酶稳定性难题，通过将枯草芽孢杆菌SDSC-Env-i6来源的酪氨酸羟化酶(TH)与Al2O3纳米颗粒交联，使酶活性提升至15.3±0.05 U/mL（游离酶仅5.5 U/mL），L-多巴产量达1.105 mg/mL，为生物催化法替代化学合成提供了新策略。

　　

帕金森病作为第二大神经退行性疾病，全球患者中65岁以上人群占比达2-3%，其核心病理是脑内多巴胺缺乏。虽然L-多巴作为"金标准"药物能穿越血脑屏障转化为多巴胺，但传统化学合成法存在反应条件苛刻、对映选择性差等问题，年需求量250公吨的市场亟需更高效的生物制备方案。面对微生物法下游处理复杂、游离酪氨酸羟化酶(TH)稳定性差等瓶颈，拉合尔政府学院大学微生物学系（Government College University Lahore）的研究团队创新性地将枯草芽孢杆菌SDSC-Env-i6来源的TH与Al₂O₃纳米晶体交联，相关成果发表于《World Journal of Microbiology and Biotechnology》。

研究采用紫外光谱、FTIR、XRD和SEM表征纳米复合材料，通过阿诺法(Arnow)测定L-多巴产量，并利用Lineweaver-Burk双倒数图计算酶动力学参数。关键实验包括：枯草芽孢杆菌发酵诱导TH表达、CaCl₂/CuCl₂优化催化效率、Al₂O₃-NPs浓度梯度交联实验，以及多巴脱羧酶抑制剂（benserazide/carbidopa）的协同效应测试。

酪氨酸羟化酶热稳定性评估

在35°C和65°C分别使用benserazide与carbidopa时，多巴脱羧酶(AAA decarboxylase)活性降至0.061±0.01μmol和0.093±0.05μmol。TH活性在30°C达峰值（6.2±0.01 U/mL），比carbidopa组高1.3倍，证实温度与抑制剂协同调控酶活性的规律。

纳米颗粒交联优化

当Al₂O₃-NPs浓度为25mM、交联时间40分钟时，固定化TH活性达15.3±0.05 U/mL，较游离酶提升近3倍。SEM显示124-130nm的球形纳米颗粒（图7），XRD在2θ=38.15°(110)晶面显示特征峰，FTIR在567cm^-1处出现Al-O-Al键特征振动。

L-多巴生物合成

在pH6.5、48小时培养条件下，细胞收获量50mL时L-多巴产量达1.105±0.007mg/mL。固定化酶的K_m值降至2.97×10^-5 M^-1，转换数K_cat高达1.48×10¹⁸ s^-1，且重复使用5次后仍保留71.88%活性。

该研究通过纳米材料工程策略，将TH的催化效率提升至游离酶的5倍，解决了工业应用中酶易失活、回收困难等核心问题。特别是Al₂O₃载体展现出的生物相容性与化学稳定性，为规模化生产L-多巴提供了可靠技术路径。Areesha Batool等学者开发的这种纳米生物催化剂，不仅降低了帕金森病治疗药物的生产成本，也为其他神经退行性疾病的酶疗法研究提供了范式。