有機(jī)（共）溶劑（Organic Solvents，OSs）作為生物催化劑的反應(yīng)介質(zhì)，在化工領(lǐng)域中應(yīng)用范圍廣泛，甚至是必不可少的。OS可以幫助溶解疏水性底物，易于產(chǎn)物回收，并可將反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)移到期望的方向。然而，天然酶在存在OS的情況下經(jīng)常遭受低活性或耐受性差的挑戰(zhàn)，從而限制了其在生物催化中的廣泛應(yīng)用。近日，德國亞琛工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)報(bào)告了一種靈巧的鹽橋設(shè)計(jì)策略，該策略可同時(shí)提高模型酶枯草芽孢桿菌脂肪酶A（Bacillus subtilis lipase A，BSLA）的OS耐受性和熱穩(wěn)定性。研究人員通過對(duì)3450個(gè)BSLA突變體在形成和斷裂鹽橋（Salt Bridge）方面進(jìn)行分析研究后，發(fā)現(xiàn)在BSLA表面形成的不適宜的鹽橋可能是導(dǎo)致酶OS耐受性下降的原因。通過對(duì)四個(gè)突變位點(diǎn)的迭代重組，研究人員獲得了優(yōu)異的OS抗性突變體BSLA D64K/D144K，相對(duì)BSLA野生型其對(duì)三種OS (1,4-dioxane (DOX)、dimethyl sulfoxide (DMSO)、2,2,2-trifluoroethanol (TFE)) 的抗性最高提高7.6倍，同時(shí)表現(xiàn)出了出色的熱穩(wěn)定性（熱穩(wěn)定性提高137倍，半衰期提高3.3倍）。36個(gè)不同系統(tǒng)的分子動(dòng)力學(xué)模擬表明，蛋白質(zhì)局部優(yōu)化的柔韌性和其增強(qiáng)的水化層共同決定了OS耐受性和50-100 °C下熱穩(wěn)定性的大幅增強(qiáng)。鹽橋的重新設(shè)計(jì)為蛋白質(zhì)工程師們提供了一種功能強(qiáng)大且可能通用的方法來構(gòu)建有機(jī)溶劑耐受型和耐熱型的脂肪酶，甚至其他α/β-水解酶。
圖1. 理性突變?yōu)閹喾措姾傻陌被岵粌H可以斷裂不適宜的鹽橋，并能增強(qiáng)酶的有機(jī)溶劑耐受性和耐熱性。圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.
這一成果近期發(fā)表在 Angewandte Chemie International Edition 上，并被評(píng)為Hot Paper。文章第一作者是德國DWI萊布尼茨交互材料研究所和亞琛工業(yè)大學(xué)博士后崔海洋。德國于利息研究中心的Prof. Dr. Karl-Erich Jaeger和中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所的張玲玲研究員在論文潤色方面給予了大力支持（招聘信息見文末）。Prof. Dr. Ulrich Schwaneberg 和 Dr. Mehdi D. Davari為論文的共同通訊作者。這項(xiàng)工作得到了亞琛工業(yè)大學(xué)JARA-HPC授予的計(jì)算資源的支持（JARA0169和JARA0187）。
Less Unfavorable Salt Bridges on the Enzyme Surface Result in More Organic Cosolvent ResistanceHaiyang Cui, Lobna Eltoukhy, Lingling Zhang, Ulrich Markel, Karl-Erich Jaeger, Mehdi D. Davari*, Ulrich Schwaneberg*Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202101642
崔海洋博士，2016年碩士畢業(yè)于中國科學(xué)院大學(xué)，其間在中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所進(jìn)行蛋白質(zhì)晶體學(xué)學(xué)習(xí)（導(dǎo)師，郭瑞庭研究員）。2020年11月在德國亞琛工業(yè)大學(xué)（RWTH-Aachen University）獲得博士學(xué)位，師從Prof. Dr. Ulrich Schwaneberg。同年，進(jìn)入德國DWI萊布尼茨交互材料研究所進(jìn)行博士后研究。2021年3月赴美國伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校（University of Illinois at Urbana-Champaig n）Prof. Dr. Huimin Zhao （趙惠民）課題組繼續(xù)進(jìn)行博士后研究。目前研究領(lǐng)域集中在分子模擬和機(jī)器學(xué)習(xí)指導(dǎo)下的蛋白質(zhì)工程改造及其在生物催化方面的應(yīng)用。Prof. Dr. Ulrich Schwaneberg
Ulrich Schwaneberg教授于1999年在斯圖加特大學(xué)獲得博士學(xué)位（導(dǎo)師R. D. Schmid教授，德國）。在美國加州理工學(xué)院進(jìn)行博士后研究后（導(dǎo)師，F(xiàn)rances H. Arnold教授，2018年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者），于2002年在不來梅雅各布斯大學(xué)擔(dān)任教授。2009年，就任亞琛工業(yè)大學(xué)任生物技術(shù)研究所所長，并于2010年同時(shí)在DWI-Leibniz萊布尼茨交互材料研究所任職。他是生物經(jīng)濟(jì)科學(xué)中心的董事會(huì)成員，并且是SeSaM Biotech和Aachen Proteineers公司的聯(lián)合創(chuàng)始人。目前已發(fā)表了300多篇文章，申請(qǐng)20多項(xiàng)專利。
https://www.biotec.rwth-aachen.de/cms/~imne/BIOTEC/
Mehdi D. Davari于Shahid Beheshti University（德黑蘭）獲得計(jì)算物理化學(xué)博士學(xué)位。之后在德國馬克斯?普朗克生物物理化學(xué)研究所（哥廷根）從事計(jì)算生物分子化學(xué)的博士后研究。Mehdi目前是亞琛工業(yè)大學(xué)生物技術(shù)研究所計(jì)算生物學(xué)部門的負(fù)責(zé)人。同時(shí)，他一直擔(dān)任HICAST（漢高先進(jìn)可持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新校園）的協(xié)調(diào)員，并于2021年4月起在萊布尼茨植物生物化學(xué)所任職。目前的研究興趣集中通過生物分子模擬和人工智能方法闡明蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)-動(dòng)力學(xué)-功能關(guān)系和蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)。
http://muchong.com/t-14602578-1 中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所張玲玲研究員招聘信息http://www.tib.cas.cn/tzxx/rczp/202009/t20200918_5699586.html
本文轉(zhuǎn)載自公眾號(hào)X-MOL資訊
