非天然α-酮酸作为重要有机酸，广泛应用于食品、医药和化工等行业，市场需求量较大。苏氨酸脱氨酶介导的α,β-消除脱氨反应，在非天然α-酮酸的绿色合成方面具有非常大的潜力。然而野生型苏氨酸脱氨酶底物谱较窄，对大体积芳香族底物难以转化。药学院吴静教授团队建立了一种底物通道“open gate”策略，通过重塑底物通道的结构特性和构成，提高酶对大体积底物的催化效率，实现了非天然α-酮酸的生物催化合成。相关研究成果以“Open gate ofCorynebacterium glutamicumthreonine deaminase for efficient synthesis of bulky α-keto acids”为题于2020年8月在线发表在催化领域TOP期刊《ACS Catalysis》上(IF 12.350)。
该研究以本团队前期筛选(Nature Communications, 2018, 9:3818)的苏氨酸脱氨酶CgTD为研究对象，首先通过动力学模拟、口袋/通道分析鉴定了底物通道的门控特性。然后根据门控底物通道的结构特征和构成，提出了“open gate”策略以提高酶对大体积底物的催化效率。随后经高通量筛选获得最佳变体CgTDMu7，其底物结合、去质子化和亚胺水解速率均得到有效提升，对苯丝氨酸等大分子底物的催化效率(kcat/KM)提高了90.6倍。最后利用CgTDMu7高效生产了多种高价值α-酮酸，包括2-氧代丁酸(83.4 g·L-1，转化率99%)、苯丙酮酸(72.5 g·L-1，转化率95%)、2-氧代戊酸(21.1 g·L-1，转化率91%)和2-氧代-4-苯基丁酸(29.9 g·L-1，转化率84%)。
图 改造CgTD门控底物通道扩展其底物谱
上述研究工作得到国家轻工技术与工程一流学科自主课题(LITE2018-08)、江苏省科技支撑计划社会发展项目(BE2018623)、国家自然科学基金(21878126)、国家重点研发计划(2018YFA0901400)等基金资助。我校药学院吴静教授团队校聘副研究员宋伟为论文第一作者。
论文链接(ACS Catal. 2020, 10(17), 9994–10004)：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscatal.0c01672。
吴静教授团队简介：
吴静教授(博导)领导的生物医药制造研究中心致力于生物催化生产医药中间体的研究工作，主要研究内容包括：(1)化学-生物法生产手性药物及中间体；(2)新型多酶级联催化过程创建；(3)新功能生物催化剂的分子创制。相关论文发表在Nat Commun(IF 12.121)、ACS Catal(IF 12.350)、Biotechnol Bioeng (IF 4.002)、Appl Environ Microbiol (IF 4.016)等本领域TOP期刊上。申请或授权发明专利21件(其中国际发明专利3件)。近三年来获教育部科技进步二等奖、中国轻工业联合会科技进步奖二等奖等科技奖励。
（文/图：宋伟，审核：吴静）
