河南省应用微生物工程研究中心在工程醇脱氢酶生产手性药物方面取得新进展
近日，河南大学生命科学学院刘宇鹏教授团队青年教师周配在国际知名期刊 Journal of Agricultural and Food Chemistry （中科院一区 Top，IF=5.7 ）在线发表了题为“ Engineering Alcohol dehydrogenase for Efficient Catalytic Synthesis of Ethyl (R) -4-chloro-3-hydroxybutyrate ”的研究成果。研究旨在筛选和修饰具有高效催化性能的醇脱氢酶，以实现(R)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯[(R)-CHBE]的工业化生产。
图1 工程醇脱氢酶的筛选改造及底物分批补料生产(R)-CHBE
(R)-4-氯-3-羟基丁酸酯[(R)-CHBE]是合成阿法替尼、(R)-肉碱、大环内酯A类以及[+]-负霉素等药物的关键中间体，目前(R)-CHBE的需求量大但获取难度较高。醇脱氢酶在合成(R)-CHBE过程中可作为优良的生物催化剂，但缺乏有效的工程方法限制了其广泛应用。
该团队首先设计了一种基于序列-模型-对接原则（SMDP）的策略筛选出醇脱氢酶（LCRIII）。随后，基于活性中心、底物通道和远端热点开发了蛋白质工程策略，以实现LCRIII的多区域协同调控。最后，通过结构分析和分子动力学模拟，全面阐明了酶活性增强的分子机制。其中，SMDP策略解决了传统随机采样和一维序列分析的局限性，而多维度蛋白质工程策略克服了常规单区域修饰的限制。最终，采用底物分批补料策略，在发酵罐中实现了298.21 g/L的(R)-CHBE高产量。
图2 利用共表达的重组大肠杆菌/LCRIIIM3-GDH催化COBE不对称还原反应生成(R)-CHBE
河南大学生命科学学院青年教师周配与2022级硕士研究生吴梦雪为共同第一作者，河南大学生命科学学院刘宇鹏教授与李华副教授为本文的通讯作者。河南大学为第一完成单位。该研究得到河南省重点研发专项（231111310700）；河南省科技攻关项目（252102311184）；河南省高等学校重点科研项目（25A416005）；河南省重点研发专项（251111310300）等项目的资助。
通讯作者：刘宇鹏，教授，河南省应用微生物工程研究中心副主任、河南省生物工程学会第七届理事会常务理事。主要从事微生物发酵工程、生物催化等方面的教学及科研工作，多项应用技术成果顺利转化企业，曾获河南省科技进步二等奖1项（第1完成人）；在国内外权威学术期刊上发表论文30余篇，出版专著3部，获国家发明专利授权10余项。
第一作者：周配，讲师，硕士生导师，主要从事微生物代谢工程以及蛋白质工程等方面的研究。在Biotechnol Adv，Appl Environ Microbiol，Nat Comm，Angew Chem等微生物领域知名期刊发表多篇SCI论文。
原文链接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.jafc.5c00471