“雕琢”微生物法宝 造出超级催化剂

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生物体内各种物质和能量转化都离不开“超级催化剂”——酶，它们是能够“低功耗干大事”的自然法宝。2022年上海市技术发明奖一等奖获得者、上海交通大学生命科学技术学院院长冯雁教授团队长期致力于分子酶学与合成生物学领域研究，从微生物新功能酶发现和分子进化规律解析，到催化体系构建及产业应用等方面成果达到国际先进水平，创制了上百种具有自主知识产权的生物医药特种酶制剂，解决了我国生物医药特种酶制剂长期依赖进口的问题。

缩短创造新酶时间

“生物酶是为了机体生存需要而诞生的，当它们被拿到体外，脱离母体就很容易失去活性。”冯雁教授解释。因此，团队进行分子改造，改变其基因组成，使其产生新的蛋白质结构，能够稳定生存的同时发挥有益功能，能够应用于现代医药诊疗、食品生产与加工等领域。

“大家不断了解生物酶的自然奥秘，利用了解到的机制和规律开始设计新的生物酶。”冯雁提到，结构生物学、生物信息学、微流控纳米技术等多学科交叉合作加速了这一领域的发展。“新的筛选技术加持下，创造新酶的时间，可以从过去的‘几年’缩短到现在的‘几个月’；多学科融合技术也能够更快实现酶分子改造，给产业带来更大影响。”

国产诊断酶立大功

诊断酶是生物酶的一大应用，是诊断试剂中的核心原料，一度严重依赖进口，使得检测成本居高不下。

冯雁团队在国家自然科学基金、“973计划”等项目支持下，发展了酶分子进化工程技术体系，形成了对诊断酶，尤其是新冠诊断酶在性能快速改造、高品质酶制备工艺及生物检测应用关键技术等重要发明；发明了新型Agonaute核酸酶—等温扩增耦联的病毒检测新技术，将新冠病毒检测时间缩短为30分钟，并实现单酶对多种病毒同时检测，突破了国际上新型CRISPR检测的技术垄断。

此外，团队发明了系列酶分子设计和改造的平台技术，使蛋白酶K等性能改造的研发周期极大缩短，酶活力和稳定性达到国际先进水平，并将此技术用于数十种诊断酶。“我们和企业合作又发明了大规模发酵和纯化技术，使得蛋白酶K等诊断酶实现稳高产，成本较传统技术大幅降低。”冯雁教授透露，“目前我们生产的蛋白酶K产品也出口亚洲、欧洲和美洲等地区，说明产品质量得到国际认可。”

潜心培育多能人才

从研究酶结构和功能并实现分子改造，到研究催化过程控制反应条件，再到扩大生产中的工程控制，团队涉及这一领域上下游所有环节。团队的每个研究生在不同环节各司其职深入开展工作，同时通过“头脑风暴”，从不同角度交叉融合解决难题。“未来生物技术涉及方方面面，科学思维的训练对学生非常重要，发现问题、解决问题的能力培养是核心。”冯雁教授说。

蛋白酶K能够快速从大学实验室走向工厂车间服务百姓健康，除了长期储备的科研成果外，还得益于团队在成果转化方面的积极努力。冯雁教授说，很高兴团队中走出一些后辈创建企业投入市场。目前已合作建立酶原料产业化和病毒检测新技术相关的两家企业，不仅对应科研团队的储备技术方向，也覆盖了生物酶产业应用链条上的多个环节。

本报记者 易蓉