相比于糖脂和脂肽，尽管具有独特的界面特性和自组装行为，基于蛋白质的生物表面活性剂 (BS) 仍未被充分探索。PAC3是一种由海洋真菌卷枝毛霉 (Acremonium sclerotigenum) 产生的表面活性蛋白，表现出兼具生物表面活性剂和生物乳化剂的双重行
相比于糖脂和脂肽，尽管具有独特的界面特性和自组装行为，基于蛋白质的生物表面活性剂 (BS) 仍未被充分探索。PAC3是一种由海洋真菌卷枝毛霉 (Acremonium sclerotigenum) 产生的表面活性蛋白，表现出兼具生物表面活性剂和生物乳化剂的双重行为。因此，它可以被视为一种高分子量蛋白质化合物，能够有效降低表面张力。研究人员将PAC3鉴定为先前未被识别的真菌蛋白生物表面活性剂家族的第一个成员。通过结合从头转录组学和质谱的方法，研究人员确定了PAC3的完整氨基酸序列，揭示了一种包含83个残基的蛋白质，该蛋白质缺乏已知最具表面活性的蛋白质（疏水蛋白）典型的规范八半胱氨酸基序。序列、系统发育和结构分析揭示了一种独特的折叠和两亲性结构，具有带负电荷的表面和疏水平面区域，为其强界面活性提供了分子基础。真菌中同源序列的鉴定支持了一个新的蛋白质家族的存在。值得注意的是，研究人员通过光谱学和共聚焦显微镜显示，PAC3原纤维表现出深蓝色 intrinsic fluorescence（内在荧光），这是最近与淀粉样结构相关的一种特性。为了支持工业应用，研究人员开发了一种基于甲醇/氯仿提取的简化下游工艺，在保持功能的同时降低了成本。同时，使用废弃煎炸油促进了真菌生物量的生产并支持了高效的PAC3合成，展示了一种可持续的生产策略。总体而言，本研究引入了一类新的真菌生物表面活性剂蛋白，并为其生物技术开发奠定了基础。
微生物生物表面活性剂和生物乳化剂由于其生物降解性、低毒性以及在极端环境条件下的有效性，成为一类日益重要的功能型生物分子。通常根据其分子量和主要活性进行分类，高分子量的蛋白质容易形成并稳定乳液，而低分子量的化合物则能显著降低表面张力。尽管目前已经发现了如疏水蛋白等兼具优良性能的表面活性蛋白，但相比于结构明确的脂肽，基于蛋白质的生物表面活性剂在工业应用中仍面临分离提取成本高、高产率难以稳定维持的瓶颈。因此，现有的研究存量不足以支持相关产业的可持续发展。基于上述问题，研究人员开展了对海洋真菌卷枝毛霉分泌的表面活性蛋白PAC3的序列发现、结构解析及可持续生产工艺的探索。研究人员确定了PAC3的氨基酸序列，鉴定其为一个全新未知的真菌生物表面活性剂蛋白家族的首个成员，并通过开发简化的纯化工艺和利用废弃食用油作为培养基质，实现了功能保留前提下的低成本可持续生产。该研究为新型蛋白质类生物表面活性剂的生物技术利用与农业废弃物增值开辟了新途径，并发表在《International Journal of Biological Macromolecules》上。
在本研究中，为探究PAC3的分子特征与量产工艺，研究人员采用了多学科交叉的关键技术方法。首先结合了从头转录组测序与高分辨质谱技术，对缺乏参考基因组的菌株样本进行表达转录本重构与蛋白序列测定；样本队列来源于意大利厄尔巴岛与绿藻共生的海洋真菌分离菌株。随后，利用AlphaFold2模型和圆二色性(CD)光谱进行计算与实验结构的交叉验证；同时通过共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)观察其淀粉样原纤维的荧光特性。最后，开发了基于甲醇/氯仿抽提的简化纯化工艺，并测试了不同浓度的废弃煎炸油作为替代碳源的发酵策略。
针对缺乏注释基因组的真菌，研究人员通过从头转录组测序构建了定制蛋白数据库，并利用液相色谱-串联质谱对肽段进行分析。鉴定出了成熟PAC3全长为83个氨基酸残基的完整序列，确定了起始于第21位谷氨酰胺的成熟蛋白质教育，并验证了其理论分子量。该序列的准确测定为后续功能挖掘奠定了物质基础。
研究人员在数据库中检索并发现了96个潜在同源序列，它们共同具有PAC3特有的6个半胱氨酸基序，这暗示存在一个未知的真菌蛋白家族。通过AlphaFold2模型和实验数据的比对，发现PAC3的结构与经典的I类疏水蛋白完全不同。它表现出截顶金字塔状的两亲性空间架构，拥有带强负电荷的凸面和疏水的平面底座。这一独特的拓扑结构从分子层面上合理解释了其具有的高效降低表面张力的界面活性。
借助显微镜与光谱分析，研究人员发现PAC3能够自组装形成淀粉样原纤维。随着蛋白浓度的提升，原纤维展现出特有的深蓝色 intrinsic fluorescence（内在荧光）。这一特性与近期发现的淀粉样结构相关联，进一步佐证了PAC3在界面自组装方面的独特潜能。
在下游处理环节，研究人员开发了基于甲醇/氯仿提取的简化纯化工艺，减少了传统步骤中繁多的高污染试剂消耗，保留了蛋白的粘附和乳化等核心特性。在废弃物增值化探索中，研究人员添加了来自家庭的废弃煎炸油作为碳源。其中5%的添加量使真菌生物量较常规培养基获得了大幅提升，虽然甲醇/氯仿抽提法会共纯化出少量脂质成分从而增强了部分界面活性，但这一替代策略显著降低了生产成本，证明了碳循环可行性。
研究结论部分指出，本研究证实PAC3代表了一个全新的真菌生物表面活性剂蛋白家族的首个已知成员。它独特的两亲性结构和区别于经典疏水蛋白的折叠特征，解释了其卓越的界面活性。同时，简化的提取纯化流程与使用废弃煎炸油相结合的工艺方案，在保障蛋白产率和功能活性的前提下，切实削减了生产开销并提升了环境可持续性。这为降低蛋白质类生物表面活性剂高昂的市场价格提供了工艺示范，也展现了未来在农业废弃物增值化利用及环保工业中的巨大应用潜力。