作者：李宗霖
近日，永利皇宫app
生物反应器工程全国重点实验室李志敏、李宗霖团队在非天然氨基酸绿色生物制造领域取得重要进展。
非天然氨基酸（non-canonical amino acids, ncAAs）因其结构多样与功能独特，广泛应用于药物发现、蛋白质工程和功能材料开发。然而，传统单酶合成方法普遍存在成本高、效率低等问题，难以满足绿色制造的产业需求。针对上述瓶颈，李志敏教授团队提出以甘油为起点、以水为唯一副产物的ncAAs绿色合成策略，构建了一个模块化多酶级联体系，系统实现了从廉价生物质向高值功能分子的转化。该体系包括三个协同模块：模块I利用高效醇氧化酶将甘油氧化为甘油酸；模块II借助一系列辅助酶与能量再生系统，实现甘油酸向关键中间体O-磷酸-L-丝氨酸的高效转化；模块III以具有底物多样性与高催化效率的OPSS酶为核心，结合“插拔式”反应策略，成功制备22种具有C–S、C–Se和C–N侧链的ncAAs，产率最高达98.5%，原子经济性超过75%，且具备高度立体专一性，已实现克级至十克级规模放大。
图片说明:模块化多酶级联合成22种非天然氨基酸
此外，团队针对模块I的限速步骤，引入计算辅助的酶工程策略，通过AlphaFold3结构预测、ProteinMPNN序列设计与能量打分筛选，从嗜热菌来源过氧化氢酶出发，获得了四突变体D78P/K201R/E384Y/T435A。该变体酶活提升1.9倍，Tm值提升8°C，半衰期提高5倍延长至145小时，打破了活性与稳定性之间的权衡限制，实现模块I甘油酸产率显著提升。此外，变体在医疗废水、纺织漂洗液、乳品加工液等体系中，表现出对H2O2显著优于商品酶的处理能力，反应时间缩短50%。该研究不仅为ncAAs绿色合成提供了优选元件，也为甘油高值利用和工业废水处理开辟了可持续发展的新路径。
图片说明:计算辅助过氧化氢酶活性与稳定性同步提升改造
上述成果先后发表于国际权威期刊Nature Communications(10.1038/s41467-025-63341-1)和Bioresource Technology(10.1016/j.biortech.2025.133081)。两篇论文的第一作者均为永利皇宫app
永利皇宫app
已毕业博士徐帅，通讯作者为李志敏教授与李宗霖老师，其中第一篇论文的通讯作者还包括浙江工业大学程峰教授。该系列研究获得国家重点研发计划青年科学家项目、国家自然科学基金面上项目、国家优秀青年科学基金、上海市科委2025年度关键技术研发计划的资助，是团队在体外生物制造领域的原创性突破。