渥太华大学 蛋白质结构集合中高活性人工酶的计算设计
荣誉:罗约·拉库图哈里索阿 渥太华大学的一组研究人员一直在寻找改进酶设计方法的方法，最近在《自然通讯》上发表了他们的发现
酶用于许多工业和生物技术应用
它们有许多有益的特性，是已知最有效的催化剂——它们甚至有能力将化学反应加速十亿倍以上
但是由于天然酶活性的数量有限，应用的数量也仍然有限
虽然研究人员成功地创造了人工酶，但它们的催化效率并没有达到天然酶的水平
我们采访了渥太华大学化学和生物分子科学系的资深作者罗伯特·奇卡，了解更多关于他的发现
能不能请大家多讲讲人工设计的酶？ “在过去的20年里，研究人员已经成功地从零开始为各种模型有机转化设计人工酶
这是通过一种叫做“计算酶设计”的方法来完成的，在这种方法中，一个催化位点通过计算建立在一个预先存在的没有目标催化活性的蛋白质支架上
虽然成功了，但这种方法只产生了人工酶，其催化效率比天然酶低几个数量级，需要使用所谓的“定向进化”进行后续优化以提高活性
定向进化是将随机突变引入蛋白质以产生大量突变酶的过程，然后对突变酶进行筛选以识别有益的突变
通常需要多轮随机诱变和筛选来显著提高活性
" 你的研究与定向进化有什么关系？ “在我们的工作中，我们揭示了定向进化是如何通过调整酶可以采样的结构子态的整体，使计算设计的生物催化剂的催化效率提高约1000倍，以利于那些具有催化能力的子态
基于这些观察，我们设计了一种人工生物催化剂，其催化效率与普通天然酶相当
" 有什么有影响力的发现？ “我们开发了一种新的酶设计计算程序，这种程序比以前的方法更精确，因为它可以逼近用作设计模板的蛋白质支架的内在灵活性
" 为什么这很重要？ 这一点很重要，因为以前的方法着重于创造一种稳定的结构，而忽略了天然酶的内在活力，而这种活力对酶的功能至关重要
e
酶必须“移动”才能成为有效的催化剂)
以前，还不知道是否可以通过计算设计出显示出与天然酶相当的催化效率的人工酶
我们表明这是可能的，但只能通过使用一个结构性的蛋白质模板集合来近似构象的灵活性，而不是像以前那样使用一个单一的模板
在我们的手稿中提出的结果表明，通过允许在设计过程中对有催化能力的子态进行采样，使用结构系综的计算酶设计可以防止对定向进化离子的需要
" 你的研究有哪些潜在的应用？ “如果我们能够从头开始设计能够高效催化任何目标化学反应的酶，这将为目前使用天然酶无法实现的高价值生物技术打开大门
" 你有什么想补充的吗？ 是的，研究是在2018年至2020年间在渥太华大学和旧金山加州大学进行的
《自然通讯》最近发表了一篇论文，题为“基于集合的酶设计可以在计算机上概括实验室定向进化的效果”
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
