新聞?dòng)浾?文清蔓
通訊員 向上 范逢媛
近日，湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、省部共建生物催化與酶工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室“化酶智造”團(tuán)隊(duì)，取得了關(guān)鍵技術(shù)突破。這一技術(shù)，將大幅簡(jiǎn)化甾體藥物合成步驟，提高效率和產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。
目前，甾體藥物中間體合成方法，主要為化學(xué)法和生物酶法，而這兩種方法都有明顯短板。傳統(tǒng)化學(xué)法存在生產(chǎn)成本高、污染大、步驟繁瑣等問題；生物酶法則生產(chǎn)產(chǎn)品少、產(chǎn)量較低。在該校李愛濤教授、李倩副教授等導(dǎo)師指導(dǎo)下，“化酶智造”團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人博士研究生張自立帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)深耕多年，巧妙結(jié)合化學(xué)法產(chǎn)品多、產(chǎn)量高的優(yōu)點(diǎn)，和生物酶法成本低、污染小、步驟簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，開創(chuàng)化學(xué)酶法，這一方法通過反向設(shè)計(jì)化學(xué)合成路線和建立突變體酶庫(kù)，實(shí)現(xiàn)甾體C7位的選擇性羥基化，從而實(shí)現(xiàn)取長(zhǎng)補(bǔ)短。
就像種植小樹苗需要把根扎在特定的位置才能健康成長(zhǎng)一樣，甾體藥物的合成也需要精確修飾。過去，傳統(tǒng)化學(xué)方法更像是隨意撒種，種子落地的位置完全隨機(jī)，需要大量的“肥料”和“水”才能生長(zhǎng)，導(dǎo)致效率低下和資源浪費(fèi)。而P450酶具有獨(dú)特的定點(diǎn)修飾能力，該團(tuán)隊(duì)受到P450酶的啟發(fā)，決定在甾體藥物合成中使用酶法來替代那些需要定點(diǎn)修飾的步驟。通過設(shè)計(jì)特定的酶結(jié)構(gòu)，像一把鑰匙打開一把鎖一樣，解決了關(guān)鍵的“扎根”問題，大大提高了生產(chǎn)效率。
然而，研究關(guān)鍵核心技術(shù)絕非一日之功。推進(jìn)項(xiàng)目進(jìn)展，困難常常不期而至。當(dāng)前我國(guó)對(duì)于篩選關(guān)鍵酶進(jìn)行定向進(jìn)化方面的研究較少，這就意味著，該團(tuán)隊(duì)要把完美的設(shè)想變成現(xiàn)實(shí)，需要面對(duì)一個(gè)龐大的突變體庫(kù)，這個(gè)突變體庫(kù)有著幾萬(wàn)個(gè)突變體，甚至需要對(duì)它們進(jìn)行逐一篩選?；貞浧甬?dāng)初做實(shí)驗(yàn)時(shí)的艱辛，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人張自立說得很坦率，“在持續(xù)了一年的篩選后，我們依然沒有找到關(guān)鍵突變體，那時(shí)候團(tuán)隊(duì)中有人甚至產(chǎn)生了放棄的念頭。但咬咬牙，我們堅(jiān)信曙光就在前頭?！?/p>
實(shí)驗(yàn)室的研究成果，一旦嫁接到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中，初期常?！八敛环薄！盎钢窃臁眻F(tuán)隊(duì)，也是深有感受。“在中試放大階段，由于這部分工作沒有前人經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，只能摸著石頭過河。我們不斷尋找問題的原因，每次中試需要連續(xù)工作30個(gè)小時(shí)，才能有一點(diǎn)休息時(shí)間。這是一個(gè)對(duì)身體狀態(tài)和精神狀態(tài)的極大考驗(yàn)?！睆堊粤⒏嬖V記者，做基礎(chǔ)研究需要有敢坐“冷板凳”的韌勁和毅力，要有耐得住寂寞的決心。通過不懈的努力，以及在湖北大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院給予的大力支持下，該團(tuán)隊(duì)最終成功克服了一個(gè)個(gè)“攔路虎”，取得了突破性進(jìn)展。
現(xiàn)代技術(shù)也為項(xiàng)目進(jìn)展起到了很好的輔助作用。由于定向進(jìn)化需要對(duì)P450酶進(jìn)行大量的突變篩選，一個(gè)酶分子包含上千個(gè)氨基酸，每個(gè)氨基酸可以突變?yōu)?9種其他氨基酸。這意味著總共可能存在201000個(gè)突變體，這是一個(gè)無法用人力篩選的天文數(shù)字。
該團(tuán)隊(duì)依托超級(jí)計(jì)算機(jī)與AI技術(shù)科技賦能，對(duì)這些突變體進(jìn)行虛擬篩選，去除大量無意義的突變體，最終將候選突變體數(shù)量減少到2萬(wàn)-3萬(wàn)個(gè)，大大減少了無效突變體的干擾。張自立告訴新聞?dòng)浾撸斑@是我們能夠?qū)嶋H完成篩選的數(shù)量，這種方法顯著提高了篩選效率，加速了研究進(jìn)展。”
