酶的前世今生：从自然选择到科学设计

2024-12-13 17:30 Molefuture

酶，本质上是具有生物催化功能的蛋白质大分子（极少数的酶是具有催化功能的RNA，ribozyme），它能大幅度的降低反应活化能，将反应速率提高上百万倍。国际酶学委员会根据酶促反应的性质、转移反应的本质以及基团供体和受体的类型，将酶分为七大类，即：氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂合酶、异构酶、连接酶和易位酶。

1833年，人们发现了第一个酶——淀粉酶，1836 年，Berzelius提出了催化剂这一概念，而“酶”这一术语在1877年才由Wilhelm Kühne提出。1926年，James B.Sumner结晶出第一个酶——脲酶，并证实它具有蛋白质性质。James B. Sumner曾在他的诺贝尔演讲中提到“有机化学家从来无法合成蔗糖，但通过使用酶，生物化学家不仅可以合成蔗糖，还可以合成葡聚糖胶、果聚糖胶、淀粉和糖原”。之后温和、绿色、高效的生物催化法逐渐被高效应用于工业生产中，并造就多位酶学领域的诺贝尔奖得主。

图1.现代生物催化起源时间轴^[1]

尽管许多天然酶表现非常出色，但其工业应用往往受限于稳定性，选择性或底物范围有限等问题。随着研究工具的发展，科学家们开始对其天然催化功能进行改造甚至从头设计，使自然界的酶与物质进行新的组合和转化，以高效合成各种高附加值的物质。1993年，美国科学家Frances H. Arnold首先提出酶分子的定向进化的概念，并在2018年获得诺贝尔化学奖，酶的应用也从自然选择逐步发展到科学设计阶段。为满足各种实际应用对高性能酶的需求，镁孚泰生物团队传承Frances H. Arnold教授的定向进化技术，致力于提供酶改造智能化解决方案！

关于镁孚泰生物

镁孚泰生物科技（上海）有限公司（镁孚泰生物，Molefuture）是翌圣生物科技（上海）股份有限公司旗下的全资子公司，是一家以酶进化技术为驱动、专注于提供酶改造定制化解决方案的创新型企业。依托于翌圣生物，镁孚泰生物现有六大技术平台：ZymeEditor™创新型酶进化平台、多宿主高效表达平台、发酵工艺开发平台、纯化工艺开发平台、UCF.ME^®超洁净酶生产平台以及酶分析与质控平台。基于这六大技术平台，镁孚泰生物可提供酶定向改造、新酶开发、酶工艺开发以及GMP级别规模化生产的全套定制解决方案，以满足酶在体外诊断、生物医药、合成生物、医疗美容、医药中间体等领域的应用需求。

图2.服务内容

ZymeEditor™创新型酶进化平台

镁孚泰生物团队传承Frances Arnold教授的定向进化技术，并在此基础上将定向进化与理性设计有机结合、交互筛选，构建了一个高效、系统、创新型的酶改造平台——ZymeEditor™。平台融合五大核心酶改造技术：荧光激活微液滴分选技术、微孔板筛选技术、噬菌体辅助连续进化技术、分隔自复制技术与计算机辅助理性设计技术。这五大技术各有优势，通过交互筛选，可以大幅度提升酶改造的成功率，满足不同酶种的多样化需求（如活性，稳定性，选择性、耐受性等）。目前，平台已成功改造130余种酶，如高稳定性、低接头自连的T4 DNA连接酶，热稳定的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-转氨酶等，并拥有30余项酶改造相关专利。