有機（共）溶劑（Organic Solvents，OSs）作為生物催化劑的反應介質(zhì)，在化工領域中應用范圍廣泛，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用。近日，德國亞琛工業(yè)大學團隊報告了一種靈巧的鹽橋設計策略，該策略可同時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3450個BSLA突變體在形成和斷裂鹽橋（Salt Bridge）方面進行分析研究后，發(fā)現(xiàn)在BSLA表面形成的不適宜的鹽橋可能是導致酶OS耐受性下降的原因。通過對四個突變位點的迭代重組，研究人員獲得了優(yōu)異的OS抗性突變體BSLA D64K/D144K，相對BSLA野生型其對三種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個不同系統(tǒng)的分子動力學模擬表明，蛋白質(zhì)局部優(yōu)化的柔韌性和其增強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。鹽橋的重新設計為蛋白質(zhì)工程師們提供了一種功能強大且可能通用的方法來構建有機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，并能增強酶的有機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和中國科學院天津工業(yè)生物技術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。這項工作得到了亞琛工業(yè)大學JARA-HPC授予的計算資源的支持（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)于中國科學院大學，其間在中科院天津工業(yè)生物技術研究所進行蛋白質(zhì)晶體學學習（導師，郭瑞庭研究員）。2020年11月在德國亞琛工業(yè)大學（RWTH-Aachen University）獲得博士學位，師從Prof. Dr. Ulrich Schwaneberg。同年，進入德國DWI萊布尼茨交互材料研究所進行博士后研究。2021年3月赴美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校（University of Illinois at Urbana-Champaig n）Prof. Dr. Huimin Zhao （趙惠民）課題組繼續(xù)進行博士后研究。目前研究領域集中在分子模擬和機器學習指導下的蛋白質(zhì)工程改造及其在生物催化方面的應用。Prof. Dr. Ulrich Schwaneberg
Ulrich Schwaneberg教授于1999年在斯圖加特大學獲得博士學位（導師R. D. Schmid教授，德國）。在美國加州理工學院進行博士后研究后（導師，F(xiàn)rances H. Arnold教授，2018年諾貝爾獎獲得者），于2002年在不來梅雅各布斯大學擔任教授。2009年，就任亞琛工業(yè)大學任生物技術研究所所長，并于2010年同時在DWI-Leibniz萊布尼茨交互材料研究所任職。他是生物經(jīng)濟科學中心的董事會成員，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20多項專利。
https://www.biotec.rwth-aachen.de/cms/~imne/BIOTEC/
Mehdi D. Davari于Shahid Beheshti University（德黑蘭）獲得計算物理化學博士學位。之后在德國馬克斯?普朗克生物物理化學研究所（哥廷根）從事計算生物分子化學的博士后研究。Mehdi目前是亞琛工業(yè)大學生物技術研究所計算生物學部門的負責人。同時，他一直擔任HICAST（漢高先進可持續(xù)技術創(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-動力學-功能關系和蛋白質(zhì)設計。
http://muchong.com/t-14602578-1 中科院天津工業(yè)生物技術研究所張玲玲研究員招聘信息http://www.tib.cas.cn/tzxx/rczp/202009/t20200918_5699586.html
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