期刊导读
Journal Guide
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Modular multi-enzyme cascades enable green and sustainable synthesis of non-canonical amino acids from glycerol
主要作者：徐帅
文章来源：Nature Communications
摘要：
含有多样官能团的非天然氨基酸（ncAAs）在药物发现、蛋白质工程及生物材料科学领域展现出变革性的应用潜力。然而，传统化学与酶法合成途径普遍存在效率低下、成本高昂及环境负担重等问题，严重制约了ncAAs的工业化规模生产。本研究开发了一种模块化的多酶级联反应平台，利用生物柴油生产过程中大量产生的副产物——甘油——作为廉价底物，实现ncAAs的高效合成。通过对O-磷酸-L-丝氨酸硫醇裂解酶（OPSS）进行定向进化，其催化C–N键形成的效率提升了5.6倍，从而实现了三唑功能化ncAAs的高效制备。通过整合“即插即用”式酶催化策略，该系统可在2升反应体系中实现克级至十克级规模的22种ncAAs的合成，产物涵盖含C–S、C–Se及C–N侧链的多种结构，且体系具有良好的可扩展性。值得注意的是，该过程的唯一副产物为水，所有产物的原子经济性均超过75%，充分体现了该平台的环境友好特性。本研究建立了一种绿色、低成本且具备工业应用前景的非天然氨基酸合成新策略，为拓展氨基酸结构多样性提供了通用性强的工具包，有望在药物研发、合成生物学及新一代生物材料等领域发挥重要作用。
（信息以英文摘要为准）
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jrhz.info文章介绍：
近日，我校生物反应器工程全国重点实验室李志敏、李宗霖团队在非天然氨基酸绿色生物制造领域取得重要进展。
非天然氨基酸（non-canonical amino acids, ncAAs）因其结构多样与功能独特，广泛应用于药物发现、蛋白质工程和功能材料开发。然而，传统单酶合成方法普遍存在成本高、效率低等问题，难以满足绿色制造的产业需求。针对上述瓶颈，李志敏教授团队提出以甘油为起点、以水为唯一副产物的ncAAs绿色合成策略，构建了一个模块化多酶级联体系，系统实现了从廉价生物质向高值功能分子的转化。该体系包括三个协同模块：模块I利用高效醇氧化酶将甘油氧化为甘油酸；模块II借助一系列辅助酶与能量再生系统，实现甘油酸向关键中间体O-磷酸-L-丝氨酸的高效转化；模块III以具有底物多样性与高催化效率的OPSS酶为核心，结合“插拔式”反应策略，成功制备22种具有C–S、C–Se和C–N侧链的ncAAs，产率最高达98.5%，原子经济性超过75%，且具备高度立体专一性，已实现克级至十克级规模放大。
此外，团队针对模块I的限速步骤，引入计算辅助的酶工程策略，通过AlphaFold3结构预测、ProteinMPNN序列设计与能量打分筛选，从嗜热菌来源过氧化氢酶出发，获得了四突变体D78P/K201R/E384Y/T435A。该变体酶活提升1.9倍，Tm值提升8°C，半衰期提高5倍延长至145小时，打破了活性与稳定性之间的权衡限制，实现模块I甘油酸产率显著提升。此外，变体在医疗废水、纺织漂洗液、乳品加工液等体系中，表现出对H2O2显著优于商品酶的处理能力，反应时间缩短50%。该研究不仅为ncAAs绿色合成提供了优选元件，也为甘油高值利用和工业废水处理开辟了可持续发展的新路径。
上述成果先后发表于国际权威期刊Nature Communications和Bioresource Technology。两篇论文的第一作者均为我校生物工程学院已毕业博士徐帅，通讯作者为李志敏教授与李宗霖老师，其中第一篇论文的通讯作者还包括浙江工业大学程峰教授。该系列研究获得国家重点研发计划青年科学家项目、国家自然科学基金面上项目、国家优秀青年科学基金、上海市科委2025年度关键技术研发计划的资助，是团队在体外生物制造领域的原创性研究突破。
期刊介绍
《自然-通讯》(Nature Communications)是由出版商Springer Nature在2010 年 4 月创刊，属于综合性期刊，致力于发表生物学、健康、物理学、化学、地球科学、社会科学、数学、应用科学和工程科学所有领域的高质量的研究。2024年发布的影响因子为15.7。
期刊热门文章目录
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注：部分图片来源于网络，如有侵权请联系删除
信息来源：华东理工大学 新闻网
排版：杨幸子
