ACS Catalysis报道研发分子工程酶，全面强化酶促合成他汀前体ATS-7的催化性能

近日，华东理工大学生物工程学院生物反应器工程国家重点实验室及上海生物制造技术协同创新中心许建和课题组，在羰基还原酶的热稳定性和催化活性提高方面研究取得新突破。美国化学会催化杂志ACS Catalysis以“Development of an engineered ketoreductase with simultaneously improved thermostability and activity for making a bulky Atorvastatin precursor”为题报道了这一最新研究成果(DOI: 10.1021/acscatal.8b03382)。

课题组前期研究结果表明，来源于短乳杆菌L. brevis的羰基还原酶LbCR，在酶促合成阿托伐他汀前体6-氰基-(3R,5R)-二羟基己酸叔丁酯(ATS-7)中表现出优异的立体选择性。但是较差的热稳定性和中等的活性限制了其在工业上的应用。

研究人员利用定向进化和突变作用的加和性和协同性同时提高Lactobacillus brevis羰基还原酶LbCR的热稳定性和活性获得高效的突变体。突变体晶体结构分析表明突变残基主要位于靠近活性中心的灵活loop上，突变引入了新的氢键并提高了蛋白内部疏水作用力从而提高了活性口袋周围灵活loop的刚性。分子对接结果表明活性提高的突变虽然与底物没有直接相互作用，却增加了酶和底物之间的氢键，从而提高了酶对底物的亲和性，稳定了蛋白底物之间的结合作用力。此外，热稳定性提高的突变和活性提高的突变位于两个独立的区域(>10Å)，突变作用的加和性为热稳定性和活性的同时提高提供了可能性。最后，使用共表达最优突变体LbCR_M8和BmGDH基因的E.coli作为催化剂，可以在高温下不对称还原ATS-6生成ATS-7，最终反应成功放大到100 mL，时空产率达到1050 g L^?1 d^?1，底物/催化剂比率达300 g/g。该研究成功实现了大规模反应制备阿托伐他汀前体6-氰基-(3R,5R)-二羟基己酸叔丁酯。

文章的第一作者是华东理工大学的在读博士生宫绪敏，通讯作者是郑高伟副教授和许建和教授，工作得到了国家自然科学基金(Nos. 21536004, 21871085 & 31500592)的支持。