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我國(guó)團(tuán)隊(duì)開發(fā)無(wú)標(biāo)記質(zhì)譜篩選技術(shù) 賦能新酶活定向進(jìn)化
2022年06月15日 09:59:10
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：宋池 點(diǎn)擊量：3813
近期，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院聯(lián)合中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)依托深圳合成生物研究重大科技基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)了無(wú)標(biāo)記質(zhì)譜篩選技術(shù)，可應(yīng)用于環(huán)二肽合酶的定向進(jìn)化改造。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】近期，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院聯(lián)合中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)依托深圳合成生物研究重大科技基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)了無(wú)標(biāo)記質(zhì)譜篩選技術(shù)，可應(yīng)用于環(huán)二肽合酶的定向進(jìn)化改造。研究成果以論文形式發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Chemical Science。
酶是天然催化劑，酶催化在精細(xì)化學(xué)品、醫(yī)藥中間體合成等方面有著重要作用，可以替代了傳統(tǒng)化學(xué)中一些需要重金屬參與且高耗能的生產(chǎn)過程。然而酶是生命體代謝反應(yīng)的承擔(dān)者，為了執(zhí)行生物體內(nèi)的相應(yīng)過程而產(chǎn)生，一旦脫離了原始的生物體環(huán)境，酶的穩(wěn)定性、催化活性以及選擇性等將會(huì)受到極大影響；而且單一的酶往往局限在單一的底物，難以普適使用。而酶的定向進(jìn)化就是這些問題的解決方法。
定向進(jìn)化通過隨機(jī)突變和重組，人為制造大量突變，按照特定的需要和目的給予選擇壓力，篩選出具有期望特征的蛋白質(zhì)，實(shí)現(xiàn)分子水平的模擬進(jìn)化，需要開展反復(fù)多輪的突變文庫(kù)構(gòu)建和篩選?，F(xiàn)有面向酶定向進(jìn)化的高通量篩選方法，通常利用偶聯(lián)反應(yīng)、生物傳感器等手段，將底物或產(chǎn)物濃度信息轉(zhuǎn)化成光學(xué)、電化學(xué)等信號(hào)。質(zhì)譜分析與現(xiàn)有的幾種方法相比具有更好的普適性，而且基于無(wú)標(biāo)記(label-free)原理，可以通過非靶向質(zhì)譜方法識(shí)別新的酶促產(chǎn)物，從而發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的新催化活性。
質(zhì)譜篩選酶定向進(jìn)化中的應(yīng)用存在樣品制備和色譜分離步驟耗時(shí)長(zhǎng)的問題。研究團(tuán)隊(duì)依托深圳合成生物大設(shè)施的機(jī)器人平臺(tái)，針對(duì)酶突變文庫(kù)構(gòu)建和篩選過程中的不同環(huán)節(jié)，開發(fā)了對(duì)應(yīng)的自動(dòng)化流程和方法，通量為每樣品5秒鐘，實(shí)現(xiàn)了微生物發(fā)酵產(chǎn)物的無(wú)標(biāo)記質(zhì)譜篩選。
研究團(tuán)隊(duì)以環(huán)二肽合酶的定向進(jìn)化驗(yàn)證無(wú)標(biāo)記質(zhì)譜篩選的功能。以鏈霉菌Streptomyces noursei來源的AlbC作為研究模型，使用大腸桿菌底盤進(jìn)行文庫(kù)構(gòu)建與篩選。重組表達(dá)野生型AlbC的大腸桿菌的主要環(huán)二肽產(chǎn)物為cFL。在實(shí)驗(yàn)中，研究者以無(wú)標(biāo)記質(zhì)譜篩選技術(shù)首次對(duì)選取的14個(gè)位點(diǎn)的266個(gè)可能突變體中的238個(gè)進(jìn)行了系統(tǒng)性表征，大大拓展了環(huán)二肽酶關(guān)鍵位點(diǎn)的突變效應(yīng)數(shù)據(jù)，并篩選得到3個(gè)突變體。與野生型相比，這3個(gè)突變體新的產(chǎn)物鑒定為cFV，驗(yàn)證了無(wú)標(biāo)記質(zhì)譜篩選技術(shù)在酶新催化活性的定向進(jìn)化研究中的應(yīng)用。
研究人員表示未來發(fā)展方向包括進(jìn)一步提高篩選通量、擴(kuò)大適用分子范圍、對(duì)接不同類型質(zhì)譜儀等。
編輯點(diǎn)評(píng)：酶催化具有專一性，反應(yīng)條件又溫和，反應(yīng)過程中副反應(yīng)少，生產(chǎn)的效率高。在工業(yè)生產(chǎn)中用酶催化代替化學(xué)反應(yīng)不但可以大幅提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，而且反應(yīng)產(chǎn)生廢棄物和副產(chǎn)物少，環(huán)境污染小?？梢哉f酶催化是很多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域未來的發(fā)展方向。這項(xiàng)研究開發(fā)的技術(shù)為酶定向進(jìn)化的篩選提供了一種新的方法，對(duì)于人工酶的合成將提供巨大幫助，有利于擴(kuò)大酶催化在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。
(資料來源：中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所)
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