摘要：Restricted genetic diversity can supply only a limited number of elite genes for modern plant cultivation and *** this study,we demonstrate that rational design enables the engineering of geranyl-geranyl diphosphate synthase(NtGGPPS),an enzyme of the methylerythritol phosphate pathway(MEP)in the model plant Nicotiana *** the crucial bottleneck in carotenoid biosynthesis,NtGGPPS1 interacts with phytoene synthase(NtPSY1)to channel GGPP into the production of *** of this enzyme in the ntggpps1 mutant leads to decreased carotenoid *** the aim of enhanc-ing NtGGPPS1 activity,we undertook structure-guided rational redesign of its substrate binding pocket in combination with sequence *** activity of the designed NtGGPPS1(a pentuple mutant of five sites V154A/I161L/F218Y/I209S/V233E,d-NtGGPPS1)was measured by a high-throughput colorimetric assay.d-NtGGPPS1 exhibited significantly higher conversion of IPP and each co-substrate(DMAPP~1995.5-fold,GPP~25.9-fold,and FPP~16.7-fold)for GGPP synthesis compared with wild-type ***,the transient and stable expression of d-NtGGPPS1 in the ntggpps1 mutant increased carotenoid levels in leaves,improved photosynthetic efficiency,and increased biomass relative to *** findings provide a firm basis for the engineering of GGPPS and will facilitate the development of quality and yield *** results open the door for the structure-guided rational design of elite genes in higher plants。

摘要：(S)-2-氨基丁醇同时具有羟基及氨基官能团,是多种重要药物分子的关键手性中间体,生物合成(S)-2-氨基丁醇尚缺少有效的酶元件。以塞格尼氏菌(Segniliparus rugosus)来源的羧酸还原酶SrCAR为研究对象,通过对实验室已有SrCAR突变文库进行筛选测试,结合活性位点共进化分析,同时利用组合活性中心饱和突变策略(Combinatorial active-site saturation test,CAST)构建新的突变体文库,经测试最终获得优势突变体XH7(G430V/E533F/A627N)。该突变体催化底物N-Boc-(S)-2-氨基丁酸到醛产物的活性(kcat/Km)较野生型SrCAR提高2.1倍,热熔值(Tm)提升2.3℃。进一步通过引入荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)来源的醇脱氢酶PfADH,可还原N-Boc-(S)-2-氨基丁醛到醇产物。XH7和PfADH的双酶共表达体系反应5 h即可将20 mmol/L底物实现几乎完全转化,转化率达到99%,并经脱Boc保护与分离纯化获得终产物(S)-2-氨基丁醇,得率为60%。通过分子动力学模拟解析最优突变体活性及热稳定性提高的分子机制,为SrCAR酶设计改造提供新的研究思路,拓展酶法合成(S)-2氨基丁醇的生物酶工具箱,可为类似高附加值医药中间体的生物合成提供理论和实践指导。

摘要：作为合成生物学与绿色生物制造等领域的底层核心技术,蛋白理性设计可有效解决天然功能元件性能不足等共性挑战,创制高性能人工酶元件。值此天津工业生物研究所(Tianjin Institute of Industrial Biotechnology,TIB)创立10周年之际,文中回顾了研究所在工业蛋白理性设计领域的系列重要工作进展。从酶设计方法学研究、新酶反应设计到生物催化应用等方面进行了分析讨论,并展望了本领域未来发展方向。望借此搭建学术界和产业界与酶理性设计的桥梁,促进新技术、新策略的开发应用,加速融合人工酶的基础研究与产业应用,推动我国生物制造领域的科技创新升级。

摘要：低碳生物合成以CO_(2)等可再生碳资源为原料,以生物体为工具进行物质合成,是节约化石原料的可持续路线,是现有化工、农业产品的替代性低碳生产新模式,是CO_(2)高效利用转化的工业碳汇新路径.目前低碳生物合成的产业影响力、技术经济性等还无法与传统路线竞争,CO_(2)等可再生碳资源的生物工业利用范围、转化效率、生物合成的工业能力等是亟待解决的关键科技问题.快速发展的工程生物学是对生物体结构和功能进行工程化设计再造的新生物学领域,正在推动生物学工程化新范式,将从根本上提升生物体将CO_(2)等可再生碳资源转化为生物基产品的能力,引发生物工业的颠覆式突破.针对碳达峰、碳中和战略目标实施,本文分析了低碳生物合成的发展机遇,综述了低碳生物合成国内外的科技进展与发展趋势,探讨了低碳生物合成的科技挑战与重点方向,最后对发展方向提出了相关建议.

摘要：金属酶通过其极性氨基酸残基侧链所形成的共价键去锚定金属离子,目前鲜有报道替换金属绑定位点本身是否影响原有酶催化性能。以来源于Thermoanaerobacter brockii的锌离子依赖型醇脱氢酶TbSADH为研究对象,对其绑定锌离子的3个氨基酸残基位点Cys37、His59及Asp150进行序列保守性分析并构建突变体文库。经过建库筛选,从224个克隆中获得3个能够不对称催化还原模式底物四氢呋喃-3-酮的突变体,且转化率及ee值与野生型酶保持一致。结果揭示了虽然醇脱氢酶TbSADH的金属离子绑定位点高度保守,但仍具有一定的可替换性,且不以损耗活性及立体选择性为代价,为后续金属离子置换及其介导的新反应设计奠定了研究基础。

摘要：光促酶催化是一门快速发展的多学科交叉技术,其结合了光催化与酶催化的优势,在生物合成领域中发挥重要的应用潜力。通过自然仿生设计,并综合官能团的形成及传递效率、原子经济性、环境因子等多维因素,光促酶催化可有效打破天然酶催化反应类型有限等局限,对建立高效低耗的绿色合成新途径具有重要意义。近年来,光促酶催化已成功应用于催化碳碳、碳氧、碳氮、碳卤成键等重要的生化反应,在催化活性、原子经济性、选择性、底物谱拓展等方面表现出独特的优势。重点介绍当前人工光促酶催化技术在生物合成方面的应用与进展,分析其应用潜力和有待解决的技术瓶颈,从而为进一步开发基于光促酶催化技术的绿色生物制造领域提供参考。