酶的前世今生：從自然選擇到科學(xué)設(shè)計

2024-12-13 17:30 Molefuture

酶，本質(zhì)上是具有生物催化功能的蛋白質(zhì)大分子（極少數(shù)的酶是具有催化功能的RNA，ribozyme），它能大幅度的降低反應(yīng)活化能，將反應(yīng)速率提高上百萬倍。國際酶學(xué)委員會根據(jù)酶促反應(yīng)的性質(zhì)、轉(zhuǎn)移反應(yīng)的本質(zhì)以及基團供體和受體的類型，將酶分為七大類，即：氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂合酶、異構(gòu)酶、連接酶和易位酶。

1833年，人們發(fā)現(xiàn)了第一個酶——淀粉酶，1836 年，Berzelius提出了催化劑這一概念，而“酶”這一術(shù)語在1877年才由Wilhelm Kühne提出。1926年，James B.Sumner結(jié)晶出第一個酶——脲酶，并證實它具有蛋白質(zhì)性質(zhì)。James B. Sumner曾在他的諾貝爾演講中提到“有機化學(xué)家從來無法合成蔗糖，但通過使用酶，生物化學(xué)家不僅可以合成蔗糖，還可以合成葡聚糖膠、果聚糖膠、淀粉和糖原”。之后溫和、綠色、高效的生物催化法逐漸被高效應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，并造就多位酶學(xué)領(lǐng)域的諾貝爾獎得主。

圖1.現(xiàn)代生物催化起源時間軸^[1]

盡管許多天然酶表現(xiàn)非常出色，但其工業(yè)應(yīng)用往往受限于穩(wěn)定性，選擇性或底物范圍有限等問題。隨著研究工具的發(fā)展，科學(xué)家們開始對其天然催化功能進行改造甚至從頭設(shè)計，使自然界的酶與物質(zhì)進行新的組合和轉(zhuǎn)化，以高效合成各種高附加值的物質(zhì)。1993年，美國科學(xué)家Frances H. Arnold首先提出酶分子的定向進化的概念，并在2018年獲得諾貝爾化學(xué)獎，酶的應(yīng)用也從自然選擇逐步發(fā)展到科學(xué)設(shè)計階段。為滿足各種實際應(yīng)用對高性能酶的需求，鎂孚泰生物團隊傳承Frances H. Arnold教授的定向進化技術(shù)，致力于提供酶改造智能化解決方案！

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鎂孚泰生物科技（上海）有限公司（鎂孚泰生物，Molefuture）是翌圣生物科技（上海）股份有限公司旗下的全資子公司，是一家以酶進化技術(shù)為驅(qū)動、專注于提供酶改造定制化解決方案的創(chuàng)新型企業(yè)。依托于翌圣生物，鎂孚泰生物現(xiàn)有六大技術(shù)平臺：ZymeEditor?創(chuàng)新型酶進化平臺、多宿主高效表達平臺、發(fā)酵工藝開發(fā)平臺、純化工藝開發(fā)平臺、UCF.ME^?超潔凈酶生產(chǎn)平臺以及酶分析與質(zhì)控平臺?；谶@六大技術(shù)平臺，鎂孚泰生物可提供酶定向改造、新酶開發(fā)、酶工藝開發(fā)以及GMP級別規(guī)?；a(chǎn)的全套定制解決方案，以滿足酶在體外診斷、生物醫(yī)藥、合成生物、醫(yī)療美容、醫(yī)藥中間體等領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

圖2.服務(wù)內(nèi)容

ZymeEditor?創(chuàng)新型酶進化平臺

鎂孚泰生物團隊傳承Frances Arnold教授的定向進化技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上將定向進化與理性設(shè)計有機結(jié)合、交互篩選，構(gòu)建了一個高效、系統(tǒng)、創(chuàng)新型的酶改造平臺——ZymeEditor?。平臺融合五大核心酶改造技術(shù)：熒光激活微液滴分選技術(shù)、微孔板篩選技術(shù)、噬菌體輔助連續(xù)進化技術(shù)、分隔自復(fù)制技術(shù)與計算機輔助理性設(shè)計技術(shù)。這五大技術(shù)各有優(yōu)勢，通過交互篩選，可以大幅度提升酶改造的成功率，滿足不同酶種的多樣化需求（如活性，穩(wěn)定性，選擇性、耐受性等）。目前，平臺已成功改造130余種酶，如高穩(wěn)定性、低接頭自連的T4 DNA連接酶，熱穩(wěn)定的Bst DNA聚合酶，低dsRNA的T7 RNA聚合酶，耐血液抑制物的Taq DNA聚合酶以及高活性的Esterase 、P450酶、ω-轉(zhuǎn)氨酶等，并擁有30余項酶改造相關(guān)專利。