近日🧄，國際知名期刊《ACS Catalysis》在線發表了上海交大馮雁教授團隊崔莉副研究員的研究成果“Molecular Evolution of an Aminotransferase Based on Substrate–Enzyme Binding Energy Analysis for Efficient Valienamine Synthesis”。該研究提出了基於“酶-底物結合能分析”的半理性進化方法，使非天然小分子底物在轉氨酶大結合口袋中進行有效適配，有效提升了酶催化合成糖尿病藥物中間體-井岡黴烯胺的能力📊。EON体育4平台崔莉副研究員為通訊作者🏂🏼，馮雁教授、邵文廣長聘教軌副教授參與了研究。

合成生物學通過工程化的系統設計，用標準化和模塊化的元素在生物系統中重構所需的人工合成體系，為完善藥物創新和優產提供了變革模式👩🏽‍🔧🩻。研究團隊以糖苷酶抑製劑-C₇N氨基環醇類化合物井岡黴烯胺為模式分子，以井岡黴素生物合成途中間體為設計節點🧑🏻‍🏭，偶聯異源高度立體選擇性氨基轉移酶，成功建立了井岡黴烯胺生物合成途徑🤙🏼。然而，人工設計途徑異源酶對非天然底物催化活力低🐬，途徑適配性差仍是合成生物學設計途徑高效運行需要突破的難題👨🏿‍⚕️。

本研究在實現異源氨基轉移酶催化井岡黴烯酮合成井岡黴烯胺的基礎上，系統地分析了候選氨基轉移酶底物結合口袋的結構特征，及其與天然底物和設計底物之間的結合差異，發現了導致酶對非天然底物催化活力低的不利結合構象💃🏿。通過虛擬突變結合能篩選及活性中心氨基酸進化保守性分析，鎖定了影響不利構象形成的9個潛在氨基酸位點🥄，對其進行了組合活性位點飽和試驗/迭代飽和突變（CAST/ISM）；獲得的優秀突變體與井岡黴烯酮的結合構象更加有利於轉氨反應的發生，對井岡黴烯胺的合成能力提高了35倍。

分子酶學與合成生物學研究團隊長期致力於藥物合成生物學人工途徑設計構建及微生物合成途徑再編程研究👨🏿‍🏫。在科技部合成生物學重點專項、國家自然科學基金等項目的資助下📷，先後完成了井岡酶烯胺🦵🏽、人參皂苷Rh2🙋🏻‍♀️、絲氨醇生物合成途徑的設計和改造工作。本研究發展的“非天然底物結合適配”策略💤，為適配酶與底物之間的相互作用🏄，優化“小底物”在“大口袋”中的結合構象🛌，提高候選酶對非天然底物的催化能力提供了進化方案；進一步深化了對合成生物學設計途徑高效適配的探索💃🏽，提升了采用蛋白質工程技術手段對功能酶催化活性的控製能力🦶🏽，為應用合成生物學理念構建基於非天然反應的高值化合物人工合成途徑提供了解決方案🌨。

論文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c03784