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[交大智慧]冯雁团队酶定向进化超高通量筛选获进展(转载)

主要完成人: 发表日期:2018-03-20 点击数:372

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    近日,Nature Communications在线刊登了上海交通大学生命科学技术学院冯雁教授团队在酶超高通量筛选方面的最新研究进展“Efficient molecular evolution to generate enantioselective enzymes using a dual-channel microfluidic droplet screening platform”。杨广宇研究员和美国密西根大学Katsuo Kurabayashi教授为共同通讯作者,马富强博士和美国密西根大学Meng Ting Chung博士为共同第一作者。 

      应用体外合成生物学技术构建高效人工生物催化体系需要具有理想功能的酶,定向进化是优化和人工塑造酶功能的重要途径之一。在获得数量庞大的酶突变库后,怎样高效的筛选目标酶成为实验过程中的瓶颈和亟待解决的技术难点。在本研究中,冯雁团队与密西根大学研究人员合作,将单细胞酶反应器技术与微流控技术相结合,建立了首个针对酶立体选择性的超高通量筛选系统(DMDS)。该系统通过将突变基因、酶蛋白及两种对映体酶底物包裹在体积极为微小(皮升级,10-12L)微液滴内进行反应,再借助微流控芯片进行酶活性检测,能够以高达108/天的通量实现对酶立体选择性的高效筛选。相比于传统的96孔板筛选方法,该系统的筛选速度提高了3-4个数量级,同时筛选的试剂消耗降低了百万倍以上。为验证该系统的工作效率,研究人员进一步应用DMDS对酯酶水解布洛芬酯的立体选择性进行了4轮的连续定向进化,成功从500万个突变体中获得了立体选择性提升700倍的突变酶,为光学纯布洛芬药物的工业化生产提供了性质优良的新酶资源。

    该研究建立了可以直接对酶立体选择性、底物选择性等复杂性质进行超高通量筛选的技术平台,有望极大提高酶定向进化的效率,促进生物催化、合成生物学等生物技术领域的发展。