Nature发布人工酶合成重要成果

　　2016年09月05日讯 最近，来自巴塞尔大学、苏黎世联邦理工大学和NCCR分子系统工程的科学家，开发了一种人工金属酶，可催化细胞内的反应，在大自然中没有等价物。这可能是“在活细胞内创建新的非自然代谢途径”的最好例子。

　　这种人工金属酶，称为biot-Ru-SAV，是采用生物素-链亲和素技术制备而成的。这种方法依赖于蛋白质链霉亲和素对维生素生物素的高亲和力，其中结合生物素的化合物可以被引入到蛋白质，以产生人工酶。在这项研究中，作者介绍了一种金属有机化合物，它的底部有金属钌。有机金属化合物在一个金属原子和一个碳原子之间至少有一个键，通常用于工业化学反应的催化剂。然而，如果真起作用的话，有机金属催化剂在水溶液中或细胞环境中的表现并不佳，需要被合并到像链霉亲和素这样的蛋白支架，来克服这些局限。

　　该研究的资深作者、巴塞尔大学化学系教授Thomas R Ward说：“我们的目标是制备一种人工金属酶，可以催化烯烃复分解反应，这是不存在于天然酶当中的一种反应机制。”烯烃复分解反应是一种方法，用于碳碳双键的形成和再分配，碳碳双键被广泛用于各种化学产品的实验室研究和大规模工业生产。Biot-Ru-SAV可催化一种关环复分解反应，以生产一种易于检测和定量荧光分子。

　　然而，活细胞内的环境难以实现有机金属酶的正常运作。苏黎世联邦理工大学生物系统科学与工程系的Markus Jeschek说：“主要的突破是，‘使用大肠杆菌的周质作为反应室’的这个想法，其环境更适合于烯烃复分解催化剂。”周质--革兰氏阴性菌的内细胞膜和细菌外膜之间的间隙，含有低浓度的金属酶抑制剂，如谷胱甘肽。

　　作者发现在体内条件下是理想的，之后又进了一步，决定通过采用定向进化原则--这种方法模拟自然选择的过程来进化出性能或活性增强的蛋白质，来优化biot-Ru-SAV。Ward解释说：“然后，我们可以开发一种简单和可靠的筛选方法，可让我们测试几千个biot-Ru-SAV突变体，并识别最活跃的变种。”

　　作者不仅能显著改善biot-Ru-SAV的催化特性，而且也表明，这种有机金属基酶可以被设计和优化成不同的底物，从而产生各种不同的化学产品。Ward说：“这一结果令人兴奋的地方在于，像biot-Ru-SAV这样的人工金属酶，可用于生产新的高附加值化学品。它有很多的潜力，可结合化学和生物学工具，最终利用细胞作为分子工厂。”

　　2014年12月，英国医学研究委员会（Medical Research Council，MRC）的科学家们生成了世界上第一个由人工遗传物质制成的酶。他们的合成酶，是由自然界中不会产生的分子制成，能够在实验室引发化学反应。