海藻糖是一种具有重要生物学意义的非还原二糖，广泛存在于多种生物体内。由于海藻糖在高温、高寒、高渗透压及干燥失水等恶劣环境条件下能在细胞表面形成独特的保护膜，有效地保护蛋白质分子不变性失活，因此在科学界素有“生命之糖”的美誉。这一独特的功能特性，使得海藻糖除了可以作为蛋白质药物、酶、疫苗和其他生物制品的活性保护剂以外，还是保持细胞活性、保湿类化妆品的重要成分，更可作为防止食品劣化、保持食品新鲜风味、提升食品品质的独特食品配料，具有广阔的市场前景和应用价值。目前，在所有生产海藻糖的方法中，路线最简单的工艺是:海藻糖合成酶(Trehalose synthase，TreS)以麦芽糖为底物，通过分子内转糖基一步催化反应生成海藻糖。这种方法的关键在于具有高转化率的海藻糖合酶。目前，虽然已有多种不同微生物来源的海藻糖合酶被研究和应用，但只有少数具有工业化的潜力，其主要的原因是海藻糖合成酶转化率低，温度、pH耐受性差。　　本研究中，我们成功克隆了两个极端微生物来源的TreS基因:嗜热栖热菌海藻糖合成酶(TtTS)基因和沙漠奇异球菌海藻糖合成酶(DdTS)基因，并在大肠杆菌中实现了可溶性异源表达。进而，对催化效率较高的DdTS进行一级序列分析和同源建模，通过分子模拟预测和定点突变分子生物学操作，鉴定DdTS的重要氨基酸催化位点，为进一步解析海藻糖合成酶催化机理与进行酶分子改造奠定了理论基础，同时推动了酶法高效合成海藻糖的工业化进程。　　主要研究内容具体如下:　　1.对嗜热栖热菌全基因组测序，通过基因组分析，预测到一个编码海藻糖合成酶的基因，基因长度为2892bp，经过同源序列比对，同Thermus thermophilus HB8海藻糖合成酶基因相似性为92％。　　2.以嗜热栖热菌基因组DNA为模板，通过PCR技术克隆嗜热栖热菌海藻糖合成酶基因（Ttts），与载体pET22b连接、导入E.coli BL21(DE3)构建重组菌。通过IPTG诱导，重组菌成功表达出目的蛋白。酶学性质显示，TtTS在pH5.5-8.0范围内具有较好的pH耐受性，催化温度为60℃，以50mmol/L麦芽糖为底物合成海藻糖最高转化率为62％。　　3.成功将沙漠奇异球菌株海藻糖合成酶基因（Ddts）克隆到E.coli BL21(DE3)，并实现了可溶性表达。DdTS最适pH为9.0，最适温度为45℃，以50mmol/L麦芽糖为底物合成海藻糖，在8h时转化率最高达到70％。经过动力学参数测定，DdTS对麦芽糖有较高的亲和性和催化效率，而且对绝大部分金属离子表现了较好的耐受性。　　4.通过序列比对，DdTS与Pseudomonas Mesoacidophila的果糖合成酶(2PWG)序列一致性较高(30％)，以2PWG晶体结构为模版，使用SWISS-MODEL对DdTS进行同源建模，通过分析一级序列和模型结构推测残基H172，D201，D251，H318，D319可能参与催化作用。将此5个氨基酸残基突变，结果显示:H172A，D201A，D251A残基突变，相比原始菌株活性显著下降，H318A，D319A残基突变使酶完全丧失活性。