月度资讯 | 七月酶改造前沿动态，AlphaFold2预测、P450酶从头设计等最新研究进展

2024年7月1日，暨南大学高昊/胡丹课题组和波恩大学Jeroen S. Dickschat课题组合作，在Angewandte Chemie International Edition (IF: 16.1)上发表了题为“A Functional Switch Between Asperfumene and Fusicoccadiene Synthase and Entrance to Asperfumene Biosynthesis through a Vicinal Deprotonation-Reprotonation Process”的研究成果。该研究报道了一个全新的二萜环化酶AfAS，通过同位素标记实验和DFT计算，阐明了其环化、邻位脱质子/再质子化机制。此外，作者通过AlphaFold2预测了AfAS的三维结构，对AfAS和PaFS的65位氨基酸进行了饱和突变，表明第65位残基可作为AfAS与PaFS功能切换的关键开关，对萜类天然产物的挖掘具有重要的参考意义。【点击查看原文】

2024年7月1日，复旦大学陈芬儿团队在Angewandte Chemie International Edition (IF: 16.1)上发表了题为“Stereodivergent Total Synthesis of Tacaman Alkaloids”的研究成果。本研究介绍了一种立体发散的Tacaman生物碱全合成方法,该合成的关键步骤是环己酮的生物催化Baeyer-Villiger氧化，通过对环己酮单加氧酶 (CHMO) 的关键催化氨基酸定点饱和突变以及迭代突变，构建小型突变库，获得了产率和对映选择性较好的突变体Mut2 (F432L/L435I)。凸显了酶工程策略在天然产物全合成中的应用价值和巨大潜力。【点击查看原文】

2024年7月1日，北京生命科学研究所/清华大学生物医学交叉研究院刘臻实验室与西班牙赫罗纳大学Marc Garcia-Borràs团队合作，在Nature Synthesis上发表了题为“Biocatalytic desymmetrization for synthesis of chiral enones using flavoenzymes”的研究成果。本研究创新性地利用黄素依赖酶的氧化和还原过程实现了立体手性互补的烯酮化合物的合成。通过分子动力学模拟、DFT计算和机理实验深入研究了酶催化反应的历程，揭示了关键氨基酸残基在反应中的作用，为进一步的酶优化和应用提供了理论基础。本研究成果为手性化合物的合成提供了新的高效、绿色的方法，具有重要的科学意义和应用前景。【点击查看原文】

2024年7月1日，遵义医科大学万南微团队在ACS Catalysis(IF: 11.3)上发表了题为“Unlocking the function promiscuity of old yellow enzyme to catalyze asymmetric Morita-Baylis-Hillman reaction”的研究成果。本研究通过母本酶的筛选和蛋白质工程改造，针对关键活性位点进行饱和突变，得到优势突变体，还建立了一种化学-酶促方法以提高手性螺环恶唑烷酮的产率，开发了一个生物催化平台，用于对映选择性和非对映选择性合成螺环恶唑烷酮。【点击查看原文】

2024年7月2日，加利福尼亚大学 John F. Hartwig团队在Angewandte Chemie International Edition (IF: 16.1)上发表了题为“Carbonic Anhydrase Variants Catalyze the Reduction of Dialkyl Ketones with High Enantioselectivity”的研究成果。本研究通过将位于疏水口袋内的四个氨基酸 (L204、V207、L198、W209) 突变为较小的残基，得到了具有扩展结合位点以容纳更大酮的 hCAII 突变体，可催化二烷基酮的对映选择性还原，具备较好的产率和对映选择性。【点击查看原文】

2024年7月3日，云南民族大学汪伟光课题组与香港城市大学Yudai Matsuda课题组、南方科技大学钟龙华课题组合作在ACS Catalysis(IF: 11.3)上发表了题为“Structural and Computational Insights into the Noncanonical Aromatization in Fungal Polyketide Biosynthesis”的研究成果。该研究基于StrC及其同源蛋白保守序列分析，综合分子动力学模拟的预测结果，确定了StrC的催化过程中的潜在的活性氨基酸残基，揭示了此类药源分子的生物合成的关键途径，为探究芳香类聚酮化合物的生物合成提供了重要的思路和视角。【点击查看原文】

2024年7月8日，中国科学院天津工业生物技术研究所江会锋研究员带领的新酶设计团队在Research(IF: 8.5)上发表了题为“Cytochrome P450 Enzyme Design by Constraining the Catalytic Pocket in a Diffusion Model”的研究成果。该研究解析了P450酶进化过程中新功能的起源机制，通过P450Diffusion生成了比自然界P450酶活性更好，稳定性更高的新酶。该研究在深度学习扩散模型的框架下，结合P450酶的海量序列数据，以及P450酶的口袋设计原则，为新功能P450酶设计提供了新思路。【点击查看原文】

2024年7月9日，南京大学生命科学学院的研究团队在Nature Synthesis上发表了题为“Insight into the role of a trans-AT polyketide synthase in the biosynthesis of lankacidin-type natural products”的研究成果。该研究通过体内、体外重构阐明了trans-AT聚酮合成酶在lankacidin类天然产物生物合成中的特殊迭代作用。此外，作者以模块化的思维对trans-AT PKS进行了工程化改造，并成功将CheA+C+F+G融合，在大肠杆菌中成功表征其功能，首次提出了衔接上下结构域的特殊迭代作用过程。【点击查看原文】

2024年7月9日，布里斯托大学 Marc W. van der Kamp团队在ACS Catalysis(IF: 11.3)上发表了题为“Simulation-Guided Engineering Enables a Functional Switch in Selinadiene Synthase toward Hydroxylation”的研究成果。该研究结合分子动力学模拟和定点突变，得到的突变体SdS G305E 是首个被称为selin-7(11)-烯-4-醇合酶的倍半萜合酶，作者将SdS G305E 突变体与甲羟戊酸途径基因一起整合到细菌 BL21(DE3) 细胞中，在批量发酵中以10 mg/L 的规模生产selin-7(11)-en-4-ol。这项研究为设计、创制可用于可持续生产生物活性分子的新酶开辟了道路。【点击查看原文】

2024年7月10日，天津大学张发光-马军安团队与山东大学刘永军团队在J. Am. Chem. Soc(IF: 14.4)上发表了题为“Chemoenzymatic Synthesis of Fluorinated Mycocyclosin Enabled by the Engineered Cytochrome P450-Catalyzed Biaryl Coupling Reactions”的研究成果。该研究通过结核分枝杆菌细胞色素P450酶 (Mt CYP121) 催化含氟环二酪氨酸的分子内碳-碳偶联合成了系列含氟麦考环素衍生物，通过定向进化手段，对MtCYP121活性口袋的两个重要残基进行突变，获得了具有更高催化活性和稳定性的突变体，并采用理性计算揭示了突变体的催化机制。【点击查看原文】

2024年7月13日，加利福尼亚大学 Yang Hai团队在J. Am. Chem. Soc(IF: 14.4)上发表了题为“Enzymatic Synthesis of Unprotected α,β-Diamino Acids via Direct Asymmetric Mannich Reactions”的研究成果。该研究报告了一种吡哆醛5'-磷酸 (PLP)依赖性酶的开发，能够在克级水平上一步不对称酶促合含吡咯烷氨基酸L-tambroline，具有高对映体和非对映体控制。使用迭代饱和突变 (ISM) 方法来改善催化活性，并将有益突变体重新组合进一步提高酶活性。【点击查看原文】

2024年7月15日，亚琛工业大学Ulrich Schwaneberg团队在Green Chem(IF: 9.3)上发表了题为“A comparative molecular dynamics approach guides the tailoring of glycosyltransferases to meet synthetic applications”的研究成果。该研究通过比较分子动力学策略高效筛选两种 GTs BarGT-1和-3选择性和混杂性催化的关键残基，指导GTs的工程改造，调控了甘草素糖苷的合成，优化了酶促过程，促进了精确的酶工程，为生产有价值的糖苷提供新的视野。【点击查看原文】

2024年7月17日，中国医学科学院/北京协和医学院医药生物技术研究所付海根课题组在Angewandte Chemie International Edition (IF: 16.1)上发表了题为“Atroposelective Synthesis of Axial Biaryls by Dynamic Kinetic Resolution Using Engineered Imine Reductases”的研究成果。该研究采用迭代饱和突变的策略对S-IRED-Ss-M9进行改造，经过两轮进化，找到高效、高立体选择性、高活力的双突变体S-IRED-Ss-M11（M236T/P122N），并采用分子动力学（MD）模拟对S-IRED-Ss-M11突变体的活性和立体选择性提高进行了解释，利用亚胺还原酶对底物的泛杂性和定向进化工具拓展了酶催化功能。【点击查看原文】