酶的前世今生：從自然選擇到科學設計

2024-12-13 17:30 Molefuture

酶，本質上是具有生物催化功能的蛋白質大分子（極少數的酶是具有催化功能的RNA，ribozyme），它能大幅度的降低反應活化能，將反應速率提高上百萬倍。國際酶學委員會根據酶促反應的性質、轉移反應的本質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、轉移酶、水解酶、裂合酶、異構酶、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”這一術語在1877年才由Wilhelm Kühne提出。1926年，James B.Sumner結晶出第一個酶——脲酶，并證實它具有蛋白質性質。James B. Sumner曾在他的諾貝爾演講中提到“有機化學家從來無法合成蔗糖，但通過使用酶，生物化學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用于工業(yè)生產中，并造就多位酶學領域的諾貝爾獎得主。

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，科學家們開始對其天然催化功能進行改造甚至從頭設計，使自然界的酶與物質進行新的組合和轉化，以高效合成各種高附加值的物質。1993年，美國科學家Frances H. Arnold首先提出酶分子的定向進化的概念，并在2018年獲得諾貝爾化學獎，酶的應用也從自然選擇逐步發(fā)展到科學設計階段。為滿足各種實際應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，致力于提供酶改造智能化解決方案！

關于鎂孚泰生物

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為驅動、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^?超潔凈酶生產平臺以及酶分析與質控平臺?；谶@六大技術平臺，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)藥中間體等領域的應用需求。

圖2.服務內容

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，并在此基礎上將定向進化與理性設計有機結合、交互篩選，構建了一個高效、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：熒光激活微液滴分選技術、微孔板篩選技術、噬菌體輔助連續(xù)進化技術、分隔自復制技術與計算機輔助理性設計技術。這五大技術各有優(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-轉氨酶等，并擁有30余項酶改造相關專利。