具有能量轉(zhuǎn)移作用機制的手性催化人工光酶誕生

近日，華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院教授鐘芳銳、吳鈺周團隊與西北大學(xué)教授陳希合作，利用合成生物學(xué)前沿技術(shù)對蛋白進行化學(xué)改造，引入了自然界不存在的光催化劑，創(chuàng)造了世界上首個具有能量轉(zhuǎn)移作用機制的手性催化人工光酶。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《自然》。

隨著人們對生態(tài)環(huán)境和綠色可持續(xù)發(fā)展的重視，用更加貼近自然的酶來加工合成化學(xué)品，替代傳統(tǒng)的高污染、高能耗的化學(xué)生產(chǎn)方式，正在成為新的發(fā)展趨勢。這就要求更多的酶能夠適應(yīng)非天然產(chǎn)品的合成和生產(chǎn)。

鐘芳銳、吳鈺周團隊創(chuàng)造的人工光酶突破了酶只能用于天然產(chǎn)物生產(chǎn)的局限性，使酶能夠用于化學(xué)藥物、新材料等更多非天然合成化學(xué)品的生產(chǎn)。人工光酶集成了化學(xué)催化劑的獨特反應(yīng)性和生物催化劑的專一選擇性兩大優(yōu)勢，為解決手性光反應(yīng)這一挑戰(zhàn)性難題提供了一種全新的策略。

鐘芳銳表示，由于這是一種未知的新反應(yīng)類型，即使目前最先進的計算模擬算法也無法準(zhǔn)確預(yù)測。對此，研究團隊投入了多個研究小分隊，分別構(gòu)建了多個從理論模擬角度比較有希望的蛋白質(zhì)，并基于實驗室已經(jīng)構(gòu)建的大量光化學(xué)反應(yīng)的底物庫，對“種子選手”進行了大量篩選。

找到其中有希望的蛋白骨架和反應(yīng)類型，只是“萬里長征的第一步”。吳鈺周坦言，研究的另一個挑戰(zhàn)在于打破學(xué)科邊界的壁壘，運用有機合成、基因工程、蛋白質(zhì)工程、結(jié)構(gòu)生物學(xué)和酶理論計算等多個學(xué)科的理論知識和技術(shù)方法。

“我們課題組里的很多同學(xué)都有交叉學(xué)科背景。在整個研究過程中，我們相互學(xué)習(xí)、取長補短，既顯著拓寬了團隊每一位成員的跨學(xué)科知識，也讓研究不斷取得進展?！眻F隊成員孫寧寧說。