- 江南大學(xué)周志/天工所盛翔合作Nat. Commun.：融合代謝工程與遺傳編碼，創(chuàng)建人工新酶高效設(shè)計(jì)平臺(tái)
- 發(fā)布日期：2025-10-15
酶催化因其溫和的反應(yīng)條件、高效的催化活性以及優(yōu)異的手性控制能力而受到廣泛關(guān)注。盡管通過(guò)天然酶的定向進(jìn)化、結(jié)構(gòu)修飾等方法可以拓展其催化性能，但與合成化學(xué)中策略多樣的反應(yīng)體系相比，能夠適用于廣泛轉(zhuǎn)化的天然酶仍然有限。針對(duì)這一瓶頸，新酶創(chuàng)制被認(rèn)為是推動(dòng)綠色生物制造加速發(fā)展的關(guān)鍵路徑之一。其中，人工酶借助遺傳密碼擴(kuò)展技術(shù)將具備催化功能的非天然氨基酸引入蛋白質(zhì)，從而在酶中構(gòu)建新的催化中心，已成為新酶設(shè)計(jì)與構(gòu)建的重要手段。然而，由于具備催化潛力的非天然氨基酸種類(lèi)有限、成本高昂且獲取難度較大，該領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展依舊面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在這一背景下，探索高效的非天然氨基酸獲取策略，不僅有助于擴(kuò)展酶催化的化學(xué)空間，也將為綠色合成化學(xué)和合成生物學(xué)的發(fā)展提供新的工具與方法學(xué)支撐。
江南大學(xué)周志教授課題組長(zhǎng)期致力于新酶創(chuàng)制與催化研究，前期發(fā)展了基于非天然氨基酸與非天然輔因子引入的新型人工酶設(shè)計(jì)策略，開(kāi)發(fā)了人工酶協(xié)同催化與酶級(jí)聯(lián)催化體系（Nat. Catal. 2020, 3, 289; ACS Catalysis, 2021, 11, 9366; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202214191; Angew. Chem. Int. Ed.,2024, e202404312. 江南大學(xué)周志組Angew：新型人工酶設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)手性環(huán)酮分子的非天然生物合成）。近日，江南大學(xué)周志教授聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所盛翔研究員，在知名學(xué)術(shù)期刊Nature Communications上發(fā)表了新酶設(shè)計(jì)方向題為“Design and evolution of artificial enzyme with in-situ biosynthesized non-canonical amino acid”的研究論文。
本研究通過(guò)整合非天然氨基酸的生物合成與遺傳編碼體系，在細(xì)胞內(nèi)原位合成并引入具有催化功能的巰基苯胺類(lèi)非天然氨基酸，從而在蛋白質(zhì)骨架中一鍋法構(gòu)建了一類(lèi)新型人工傅-克烷基化酶（SFC）。在結(jié)合理性設(shè)計(jì)與定向進(jìn)化的過(guò)程中，所得優(yōu)勢(shì)突變體在一例非天然不對(duì)稱(chēng)Friedel–Crafts烷基化反應(yīng)中表現(xiàn)出卓越性能，產(chǎn)物對(duì)映選擇性高達(dá)95% e.e.，產(chǎn)率最高可達(dá)98%。本研究建立了一種通用策略，能夠利用細(xì)胞內(nèi)生物合成獲得的多樣化非天然氨基酸高效引入外源性催化基團(tuán)，實(shí)現(xiàn)人工酶的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)與構(gòu)建。該方法不僅顯著擴(kuò)展了生物催化劑在非天然反應(yīng)中的應(yīng)用邊界，也為人工酶學(xué)科的發(fā)展提供了新的工具與理論支撐。
