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我国团队开发无标记质谱筛选技术 赋能新酶活定向进化
2022-06-15 13:42:43化工仪器网阅读量：3318 我要评论
导读：酶是天然催化剂，酶催化在精细化学品、医药中间体合成等方面有着重要作用，可以替代了传统化学中一些需要重金属参与且高耗能的生产过程。
近期，中国科学院深圳先进技术研究院联合中国医学科学院的研究团队依托深圳合成生物研究重大科技基础设施开发了无标记质谱筛选技术，可应用于环二肽合酶的定向进化改造。研究成果以论文形式发表于国际学术期刊Chemical Science。
酶是天然催化剂，酶催化在精细化学品、医药中间体合成等方面有着重要作用，可以替代了传统化学中一些需要重金属参与且高耗能的生产过程。然而酶是生命体代谢反应的承担者，为了执行生物体内的相应过程而产生，一旦脱离了原始的生物体环境，酶的稳定性、催化活性以及选择性等将会受到极大影响；而且单一的酶往往局限在单一的底物，难以普适使用。而酶的定向进化就是这些问题的解决方法。
定向进化通过随机突变和重组，人为制造大量突变，按照特定的需要和目的给予选择压力，筛选出具有期望特征的蛋白质，实现分子水平的模拟进化，需要开展反复多轮的突变文库构建和筛选。现有面向酶定向进化的高通量筛选方法，通常利用偶联反应、生物传感器等手段，将底物或产物浓度信息转化成光学、电化学等信号。质谱分析与现有的几种方法相比具有更好的普适性，而且基于无标记(label-free)原理，可以通过非靶向质谱方法识别新的酶促产物，从而发现对应的新催化活性。
质谱筛选酶定向进化中的应用存在样品制备和色谱分离步骤耗时长的问题。研究团队依托深圳合成生物大设施的机器人平台，针对酶突变文库构建和筛选过程中的不同环节，开发了对应的自动化流程和方法，通量为每样品5秒钟，实现了微生物发酵产物的无标记质谱筛选。
研究团队以环二肽合酶的定向进化验证无标记质谱筛选的功能。以链霉菌Streptomyces noursei来源的AlbC作为研究模型，使用大肠杆菌底盘进行文库构建与筛选。重组表达野生型AlbC的大肠杆菌的主要环二肽产物为cFL。在实验中，研究者以无标记质谱筛选技术首次对选取的14个位点的266个可能突变体中的238个进行了系统性表征，大大拓展了环二肽酶关键位点的突变效应数据，并筛选得到3个突变体。与野生型相比，这3个突变体新的产物鉴定为cFV，验证了无标记质谱筛选技术在酶新催化活性的定向进化研究中的应用。
研究人员表示未来发展方向包括进一步提高筛选通量、扩大适用分子范围、对接不同类型质谱仪等。
编辑点评：酶催化具有专一性，反应条件又温和，反应过程中副反应少，生产的效率高。在工业生产中用酶催化代替化学反应不但可以大幅提高生产效率、降低生产成本，而且反应产生废弃物和副产物少，环境污染小。可以说酶催化是很多工业生产领域未来的发展方向。这项研究开发的技术为酶定向进化的筛选提供了一种新的方法，对于人工酶的合成将提供巨大帮助，有利于扩大酶催化在工业生产中的应用。
(资料来源：中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所)
原标题：我国团队开发无标记质谱筛选技术 赋能新酶活定向进化
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