工业酶作为多酶级联体系的核心催化元件，其高效表达对于人工代谢途径的构建与应用具有决定性意义。然而，随着级联反应中酶数量的增加，异源蛋白表达效率低、成本高等问题逐渐成为限制规模化应用的关键瓶颈。现有标签普遍存在分子量较大、通用性有限或影响蛋白结构与功能等问题。因此，开发一种短小、高效且具有广泛适用性的表达增强标签，对于推动多酶体系及合成生物学应用具有重要意义。

中国科学院天津工业生物技术研究所张大伟研究员带领的蛋白质表达系统与微生物代谢研究团队，基于枯草芽孢杆菌中高分泌表达蛋白葡萄糖-6-磷酸异构酶（phosphoglucose isomerase, Pgi）的结构特征，利用蛋白质三维结构的区域截断分析策略，鉴定并开发了一种30个氨基酸的N端微标签N30。该标签能够显著提高多种异源蛋白的表达与分泌水平，在人工淀粉合成途径中实现八种关键酶的高水平分泌表达，同时针对N30标签中暴露的疏水残基突变为亲水或带电氨基酸，进一步将N30 (M22D)-TpiA的分泌表达水平提升至15 g/L。此外，N30 还能使多种真核蛋白在枯草芽胞杆菌中实现从无到有的表达，拓展了原核宿主表达真核酶的能力边界。同时，维生素合成途径中限速酶的N30融合表达使维生素B₂和维生素K₂的滴度分别提高了2.4倍和2.3倍，表明了N30在蛋白质表达和代谢工程应用中的通用性和高效性。该研究提供了一种小型化、高效且高普适性的蛋白表达增强工具，为多酶级联体系中酶蛋白的低成本制造及高附加值化学品的生物制造提供了新的通用优化工具。

该研究工作得到中国科学院战略性先导科技专项、天津市合成生物技术创新能力提升行动等项目的资助，相关成果已发表于国际学术期刊Bioresource Technology，并申请专利一项。联合培养硕士研究生王誉桥、游文慧，研究所博士后李金龙为共同第一作者，天津工生所张大伟研究员、付刚副研究员和大连工业大学高子晴副教授为论文的共同通讯作者。

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高通用型蛋白融合标签N30的设计及其在蛋白表达和代谢工程中的应用