背景[1-3]
角蛋白酶是一种可专一地降解角蛋白的蛋白酶类，角蛋白酶可由多种微生物产生，能特异性地降解角蛋白，在饲料、皮革、医药业、食品等工业及环境治理方面具有广阔的应用前景。
角蛋白酶（keratinase）是一种诱导酶，只有当环境中出现诱导子(角蛋白)时才会合成。
角蛋白酶
早在19世纪初人们就发现一些生物能降解角蛋白，自那时以来分离此类菌株的工作一直在进行。目前发现可降解角蛋白的微生物已有30多种，其中有细菌、放线菌和真菌。细菌中主要是地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)，放线菌中主要是高温单胞菌属(Thermmonospora)和链霉菌(Streptomyces)，真菌中主要是白色假丝酵母和一些皮肤真菌。不同微生物产生的角蛋白酶具有一定的差异，主要表现在酶的存在方式以及酶的结构、组成、稳定性、最适反应温度、pH值等方面。例如角蛋白酶的存在形式，有的主要存在于胞内，有的主要分泌至胞外，而霉菌的角蛋白酶既可见于胞内又可分泌至胞外。
目前已发现30余种微生物可分泌角蛋白酶，这些微生物主要来自于真菌、放线菌和细菌，如真菌中的皮肤癣菌（Dermatophyte）和白色假丝酵母（Cnadina albicans），放线菌中的链霉菌（Streptomyces），细菌中的地衣芽抱杆菌（Bacillus licheniformis）和枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）等等。
目前已分离纯化的角蛋白酶的分子量差异较大，从十几kDa到几百kDa不等。较小的为单体酶，有报道来自Nesternkonia spAL-20的角蛋白酶，分子量为18kDa，较大的为复合酶，如嗜热厌氧菌产的角蛋白酶可达200kDa以上。大部分角蛋白酶的分子量集中在30～70kDa之间，如HSIN-HUNG LIN报道的铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）产的角蛋白酶大小为30kDa，嗜麦芽黄单胞菌（Xanthomonas maltophilia）产的角蛋白酶大小为36kDa，近平滑念珠菌（Candida parapsilosis）的角蛋白酶为60kDa。枯草芽孢杆菌产角蛋白酶的分子量为60kDa。
应用[4][5]
微生物中纯化的角蛋白酶活性很强，可以水解多种难降解的纤维蛋白类，如胶原蛋白、弹性蛋白和角蛋白。因此角蛋白酶具有广泛的应用前景。
1、在农业上，微生物产生的角蛋白酶能使角蛋白降解为多肽和氨基酸，可以用于制造有机肥料，这种有机肥料不仅解决了国内能源紧缺的难题，还降解了污染源，大大改善了环境。在这方面，对于农业资源和畜牧业资源紧缺的中国来说，无疑是一个巨大的资源宝库。
2、在饲料产业中，羽毛等的主要成分是角蛋白，其粗蛋白成分在80%以上，动物必需氨基酸种类齐全，同时含有较多大量元素、微量元素和未知生长因子，是一种良好的、可替代或部分替代鱼粉的饲料蛋白来源。我国平均每年产羽毛达数10万吨，绝大部分未得到合理利用。因此，对废弃羽毛的开发、利用具有重要的应用前景，它一方面解决了当前饲料工业中蛋白资源不足的问题，另一方面又可解决环境污染问题。
3、角蛋白酶还可用于化妆品、工业生产及医药方面。在当今生物处理日益受到关注的形势下，开发有发展潜力的角蛋白降解酶以实现角蛋白的高效生物降解已成为大势所趋。角蛋白酶是皮肤真菌重要的侵袭因子，因此，能否利用角蛋白酶抑制剂或者角蛋白酶单克隆抗体抑制角蛋白酶的作用，削弱皮肤真菌的侵袭性，从而达到治疗皮肤真菌感染的目的，是今后研究角蛋白酶与皮肤真菌感染相互关系的一个重要方向。角蛋白酶具有高效的角蛋白水解活性，利用角蛋白酶改善药物在角蛋白中的通透性，可提高皮肤外用药物的疗效。特别是在银屑病、角化过度性皮肤病(神经性皮炎、慢性湿疹等)的治疗应用方面非常值得研究。
角蛋白酶也可应用于美容护肤品，帮助活性因子透过皮肤屏障，去除皮肤多余角质，实现皮肤的深层护理。角蛋白酶能水解毛发角蛋白，利用角蛋白酶进行脱毛，治疗多毛症也可能具有良好的应用前景。
角蛋白的微生物降解与利用的重大意义，越来越引起了人们的广泛兴趣。然而目前，人们对角蛋白酶的认识还较肤浅。
国外一些学者的研究工作，已涉及角蛋白酶高级结构、活性表达分子基础以及酶工程等分子生物学上的研究，主要集中在地衣形芽孢杆菌的角蛋白酶基因，已测出其编码序列。而国内对角蛋白酶的研究还基本停留在产角蛋白酶菌的分离、筛选、角蛋白酶的分离纯化及理化性质的研究，以及角蛋白酶的作用机制的初步研究。而且，研究的对象也极其有限，主要集中于对弗氏链霉菌的研究。而且以胞外酶的研究为主，对胞内酶的发表研究甚少，这主要是因为国内在角蛋白酶的分离提纯上技术上的不完善。而且，丰富毛资源利用率低，在改善透皮药物吸收方面的研究成果欠缺等问题亦急待解决。
参考文献
[1]Molecular strategies to increase keratinase production in heterologous expression systems for industrial applications.[J].Yahaya Radin Shafierul Radin;Normi Yahaya M;Phang Lai Yee;Ahmad Siti Aqlima;Abdullah Janna Ong;Sabri Suriana.Applied microbiology and biotechnology,2021(10)
[2]Rational design of signal peptides for improved MtC1LPMO production in Bacillus amyloliquefaciens[J].Guo Xiao;Chai Chengcheng;An Yajing;Peng Chong;Shi Nian;Wang Wenqian;Lu Fuping;Dai Yujie;Liu Fufeng.International Journal of Biological Macromolecules,2021
[3]Keratinase Biosynthesis from Waste Poultry Feathers for Proteinaceous Stain Removal[J].Jana Arijit;Halder Suman Kumar;Dasgupta Diptarka;Hazra Saugata;Mondal Prasenjit;Bhaskar Thallada;Ghosh Debashish.ACS SUSTAINABLE CHEMISTRY&ENGINEERING,2020(48)
[4]Microbial enzymes catalyzing keratin degradation:Classification,structure,function[J].Jingwen Qiu;;Casper Wilkens;;Kristian Barrett;;Anne S.Meyer.Biotechnology Advances,2020(prep)
[5]Microbial Bioremediation of Feather Waste for Keratinase Production:An Outstanding Solution for Leather Dehairing in Tanneries.[J].Akhter Mursheda;;Wal Marzan Lolo;;Akter Yasmin;;Shimizu Kazuyuki.Microbiology insights,2020