長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)大武漢客戶端9月24日訊 9月24日，長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)記者從華中科技大學(xué)獲悉，該校化學(xué)與化工學(xué)院鐘芳銳、吳鈺周教授團(tuán)隊(duì)在人工光酶催化領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展。他們利用合成生物學(xué)前沿技術(shù)對(duì)蛋白進(jìn)行了化學(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(gè)能量轉(zhuǎn)移作用機(jī)制的人工光酶。

(資料圖片僅供參考)

這項(xiàng)研究成果于近日在《自然》Nature刊發(fā)。

據(jù)介紹，酶作為一種具有生物催化作用的蛋白質(zhì)，幾乎所有的生命活動(dòng)都需要它的參與，日常生活中更是隨處可見。如，洗衣服主要靠酶實(shí)現(xiàn)去污；奶酪靠加入凝乳酶來使牛奶凝結(jié)；吃的食物也都是通過唾液、胃液中各種水解酶的作用把淀粉、蛋白質(zhì)等降解，才能被人體吸收。然而，這些酶是自然界中本來就有的，能夠作用的對(duì)象也都是天然的油脂、淀粉、蛋白質(zhì)等。在生產(chǎn)生活中，更多的合成化學(xué)品，如各種合成新材料、化學(xué)藥品等，都無法通過酶來生產(chǎn)，也不能夠被酶降解。

隨著人們對(duì)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(shì)。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、吳鈺周教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造的世界上首個(gè)能量轉(zhuǎn)移作用機(jī)制的人工光酶，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(dú)特反應(yīng)性和生物催化劑的專一選擇性兩者的優(yōu)勢(shì)，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。

科研團(tuán)隊(duì)在工作中。

“在篩選的初期，誰也不知道能否獲得理想的酶，考驗(yàn)著研究者是否有堅(jiān)定的信念和抗壓能力，只有長(zhǎng)期堅(jiān)持不懈的嘗試和耐心細(xì)致的數(shù)據(jù)分析，才能創(chuàng)造出最終理想的酶?！辩姺间J教授介紹，由于這是一種未知的新反應(yīng)類型，即使目前最先進(jìn)的計(jì)算模擬算法也無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。對(duì)此，研究團(tuán)隊(duì)投入了多個(gè)研究小分隊(duì)，分別構(gòu)建了多個(gè)從理論模擬角度比較有希望的蛋白質(zhì)，并基于實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)構(gòu)建的大量光化學(xué)反應(yīng)的底物庫，對(duì)“種子選手”進(jìn)行了大量的篩選。

找到其中有希望的蛋白骨架和反應(yīng)類型，只是“萬里長(zhǎng)征的第一步”。吳鈺周教授坦言，研究的另一個(gè)挑戰(zhàn)在于需要打破學(xué)科邊界的壁壘，用到有機(jī)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(jì)算等多個(gè)學(xué)科的理論知識(shí)和技術(shù)方法。而這個(gè)過程無形中也充分發(fā)揮了學(xué)生個(gè)性化學(xué)科背景特點(diǎn)。“我們課題組里的很多同學(xué)都有交叉學(xué)科背景。在整個(gè)研究過程中，我們相互學(xué)習(xí)、取長(zhǎng)補(bǔ)短，既顯著拓寬了團(tuán)隊(duì)每一位成員的跨學(xué)科知識(shí)，也讓研究不斷取得進(jìn)展?！?/p>

科研團(tuán)隊(duì)在工作中。

記者了解到，該項(xiàng)目自2019年開展，是國(guó)內(nèi)較早提出這樣研究思路的高校之一。將合成理念與生物機(jī)制相結(jié)合的研究方向，近年來也被認(rèn)為是未來合成化學(xué)發(fā)展的重要趨勢(shì)，正在受到越來越多的重視?！拔覈?guó)在這方面研究的起步雖然略晚于國(guó)際，但目前也有大量學(xué)者投入了相關(guān)研究并取得了一定成果，應(yīng)該說已經(jīng)可以和國(guó)際研究水平并駕齊驅(qū)?！辩姺间J說。

據(jù)了解，開發(fā)具有非天然催化活性的酶是綠色生物制造產(chǎn)業(yè)能夠從天然產(chǎn)物生產(chǎn)拓展到非天然化學(xué)品生產(chǎn)的關(guān)鍵。未來，越來越多的化學(xué)品將有望利用酶催化的方式來生產(chǎn)，傳統(tǒng)印象中煙囪林立的化工廠，有可能越來越多地被溫和綠色的生物加工方式所取代。綠色生物制造能耗低、無毒無害、對(duì)環(huán)境更加友好，將成為未來化學(xué)工業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)，對(duì)于我國(guó)走新型工業(yè)化道路，實(shí)現(xiàn)財(cái)富綠色增長(zhǎng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。

（長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)記者陳曉彤 通訊員高翔 王一迪）

【編輯：趙可】

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