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谷胱甘肽(GSH)是生物体中含量最丰富的非蛋白小分子硫醇化合物之一。GSH可作为还原剂维持细胞内的氧化还原平衡，用于外界异物的解毒，清除羟基过氧化物、自由基和亲电试剂，参与DNA的合成与修复、蛋白质的合成等。目前，GSH的生产方法主要为发酵法和酶法。酶法合成GSH与发酵法相比，具有产物浓度高、生产周期短和副产物少等优点。生物体内GSH分别由γ-谷氨酰基半胱氨酸合成酶(γ-GCS，或真核细胞的谷氨酸半胱氨酸连接酶GCL)和谷胱甘肽合成酶(GS)催化的两步反应合成得到。这两步反应均需ATP的参与，一般生物体内，γ-GCS的活性还受到GSH的反馈抑制调节。本研究从避免反馈抑制和提供更有效的ATP再生系统两方面优化酶法合成GSH。降低反馈抑制分别采用了两阶段反应和利用来源于Streptococcus thermophilus的对GSH不敏感的GshF。此外，对S.thermophilus GshF的结构域以及重要氨基酸残基的功能进行了研究。具体包括以下几方面：
首先，利用通透化处理的酵母细胞，在底物氨基酸和葡萄糖存在的条件下酶法合成GSH。发现啤酒厂废弃酵母和高活性干燥面包酵母GSH的产量较高。根据GSH对酿酒酵母谷氨酸半胱氨酸连接酶具有反馈抑制的特点，将反应分两个阶段进行。在反应的第一阶段只加入L-谷氨酸和L-半胱氨酸，在GCL作用下先合成γ-谷氨酰基半胱氨酸，在反应的第二阶段加入甘氨酸最终合成GSH.。废弃啤酒酵母两阶段生产GSH，反应进行36小时，GSH的浓度达到5.11mmol/L，产量为一步反应的1.9倍。利用Plackett-Burman和响应面设计对面包酵母两阶段法生产GSH的条件进行优化，反应30小时，GSH的浓度达到11.2mol/L，关于L-半胱氨酸的得率达到48％。这种方法有效地避免了GSH反馈抑制对GSH生产的影响，但菌体对GSH的降解是GSH产量得不到进一步提高的原因之一。
其次，克隆了一种来源于Streptococcus thermophilus SlIM B218的对GSH反馈抑制不敏感的双功能谷胱甘肽合成酶基因gshF，并将其在大肠杆菌中过量表达，不但提高了GSH的合成速率，而且减弱了GSH的反馈抑制。利用重组菌E.coli BL21(pET28a-gshF)酶法合成GSH，在直接加入ATP条件下，反应5小时，GSH的可积累10mmol/L以上，关于ATP的得率达到50%，ATP的利用率达到100%。该来源于S.thermophilus GshF对GSH的反馈抑制不敏感，因此将底物L-半胱氨酸浓度提高至40mmol/L，GSH产量达38mmol/L，关于ATP的得率为47.5%。
再次，从19株缺失不同ATP水解酶的酿酒酵母突变菌株中筛选了一株PMR1基因突变菌，该酿酒酵母与重组大肠杆菌种间耦合生产GSH，GSH的产量可以达到18.7mmol/L，关于L-半胱氨酸的得率为93.5%。高浓度的L-半胱氨酸对耦合系统的葡萄糖的代谢有抑制作用，反应pH对合成GSH影响也很大，因此分三次加入L-半胱氨酸，反应过程中每小时调节一次pH，GSH的产量达44.5mmol/L，关于加入的L-半胱氨酸的得率达74%，GSH的平均生产速率为3.57mmolL-1h-1。
最后，对S. thermophilus GshF的结构进行了初步探索。发现gshF基因在宿主大肠杆菌中发生了基因自发突变，考察了野生的S.thermophilus GshF和自发突变体的动力学特性，发现GSSG对它们的γ-GCS和GS活性都有强烈的抑制作用，GSH对二者均为竞争性抑制。此外，γ-GC对突变体的GS活性具有协同作用，而对野生的S.thermophilusGshF则没有这种调节。通过序列改造以了解对S.thermophilus GshF性能的影响。分别切除S.thermophilus GshF C-端100、200和300个氨基酸残基，将截短的蛋白纯化后，考察动力学参数的变化。随着截除氨基酸残基数的增加，γ-GCS活性先增加后降低。以酿酒酵母γ-GCS的GSH抑制结构为模型，参照S.agalactiae的γ-GCS-GS的结构和序列信息，对S. thermophilus GshF选取四个氨基酸位点进行点突变，发现了GshF与GSH结合位点的一些信息。这些工作为γ-GCS的结构改造提供了依据。