顆粒在線訊：酶作為生物催化劑，具有反應(yīng)條件溫和、綠色環(huán)保等優(yōu)點，但存在催化底物類型有限、立體/區(qū)域選擇性不高等缺點。對天然酶進行設(shè)計改造，提升其工業(yè)應(yīng)用屬性，具有重要的基礎(chǔ)研究意義及應(yīng)用價值。近年來，定向進化（directed evolution）已被證明是有效的酶改造手段。而定向進化技術(shù)背后的科學(xué)規(guī)律仍有待進一步探索。酶具有一定程度的可進化能力（evolvability），可被人為進化；不同類型酶的改造難度不一致，反映了酶的可進化能力不同。如何精準(zhǔn)定位酶蛋白關(guān)鍵氨基酸殘基位點，通過位點突變解鎖其可進化能力并賦予人工酶新穎的催化特性，尚缺乏有效的解決手段。

　　近日，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所（國家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心）Reetz大師工作室研究員孫周通帶領(lǐng)的酶分子工程與工業(yè)生物催化研究團隊，開發(fā)出基于脯氨酸誘導(dǎo)的酶蛋白設(shè)計改造新方法（Proline-induced Loop engineering Test，PiLoT）。為驗證PiLoT方法的可行性及優(yōu)越性，研究選取醇脫氫酶TbSADH及其非天然潛手性酮底物為研究對象，PiLoT定位該酶遠(yuǎn)端位點的第84位脯氨酸殘基（P84）為改造熱點。計算機虛擬突變分析及后續(xù)迭代突變實驗獲得了催化活性及立體選擇性均大幅提升的組合突變體P84S/I86L及ΔP84/A85G。吉布斯自由能的變化（ΔΔG）進一步表明，突變體所增強的可進化能力是以降低穩(wěn)定性的方式獲得。該研究計算解析了P84位點突變誘導(dǎo)的催化口袋重塑，以及相關(guān)突變體立體選擇性催化的分子機制。

　　該研究剖析酶的可進化能力與穩(wěn)定性之間的關(guān)聯(lián)性，首次提出基于脯氨酸誘導(dǎo)的PiLoT方法，使改造熱點的選取不再局限于酶催化口袋，并將該方法應(yīng)用于醇脫氫酶的底物特異性及立體選擇性改造，獲得了可高效不對稱催化還原雙芳基潛手性酮底物的系列突變體。該研究為新型酶催化劑的設(shè)計開發(fā)提供了新工具。

　　相關(guān)結(jié)果在線發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃等的資助。

PiLoT調(diào)控酶可進化性及穩(wěn)定性示意圖