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模块化多酶级联体系为非天然氨基酸绿色合成提供分子机器

[所属分类:行业动态] [发布时间:2025-11-3] [发布人:杨晓燕] [阅读次数:] [返回]

模块化多酶级联体系为非天然氨基酸绿色合成提供分子机器
作者：江庆龄来源：中国科学报
山东拓普生物工程有限公司 http://www.topbiol.com
华东理工大学生物反应器工程全国重点实验室李志敏教授、李宗霖团队与合作者，设计了一种以甘油为起点、以水为唯一副产物的非天然氨基酸（ncAAs）绿色合成策略，并基于该策略构建了一个模块化多酶级联体系，不仅为ncAAs绿色合成提供了优选元件，也为甘油高值利用和工业废水处理开辟了可持续发展的新路径。相关研究先后发表于《自然-通讯》和《生物资源技术》。
ncAAs结构多样、功能独特，广泛应用于药物发现、蛋白质工程和功能材料开发。然而，传统单酶合成方法普遍存在成本高、效率低等问题，难以满足绿色制造的产业需求。
研究团队提出的模块化多酶级联体系包括三个协同模块。模块I是反应体系的限速步骤，利用高效醇氧化酶将甘油氧化为甘油酸；模块II中借助一系列辅助酶与能量再生系统，实现甘油酸向关键中间体O-磷酸-L-丝氨酸的高效转化；模块III则以具有底物多样性与高催化效率的OPSS酶为核心，并结合“插拔式”反应策略得到反应产物。利用此体系，研究团队成功制备了22种具有C–S、C–Se和C–N侧链的ncAAs，产率最高达98.5%，原子经济性超过75%，且具备高度立体专一性，目前已实现克级至十克级规模放大。
进一步地，研究团队引入计算辅助的酶工程策略，从嗜热菌来源过氧化氢酶出发，获得了四突变体D78P/K201R/E384Y/T435A，打破了活性与稳定性之间的权衡限制，实现模块I甘油酸产率显著提升。测试结果表明，该变体在医疗废水、纺织漂洗液、乳品加工液等体系中，对过氧化氢的处理能力显著优于商品酶，反应时间缩短了50%。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41467-025-63341-1
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2025.133081
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