近日，國際知名期刊《ACS Catalysis》在線發表了EON体育4平台馮雁團隊的研究成果 “Discovery and Engineering of the L‑Threonine Aldolase from Neptunomonas marine for the Efficient Synthesis of β‑Hydroxy-α-amino Acids via C−C Formation”。EON体育4平台博士生何遠誌為論文第一作者，EON体育4平台馮雁教授和系統生物醫學研究院達林泰長聘教軌副教授為共同通訊作者。

β-羥基-α-氨基酸是構築多種高活性天然產物和藥物分子的重要手性砌塊，在抗菌、抗腫瘤和免疫抑製等方面具有廣泛應用，是藥物工業合成中的一類重要目標化合物。由於其具有相鄰的雙手性（C_α和C_β）中心🕵🏽‍♀️，因此探索其高效、嚴格立體選擇性的生物合成方法備受關註。L-蘇氨酸醛縮酶（L-threonine aldolase, LTA）可催化醛和甘氨酸發生羥醛縮合反應，具有一步催化合成雙手性β-羥基-α-氨基酸的潛力👨🏻‍💼。在本研究中，基於海洋微生物基因組和進化關系分析🚵，首先發現了一個來源於海洋嗜油菌Neptunomonas marine的LTA（NmLTA），該酶在催化C–C縮合反應合成抗感染藥物甲碸黴素和氟苯尼考的手性中間體L-threo-甲碸基苯絲氨酸中表現出高催化活性（64.9 U/mg）和強非對映體立體選擇性（de值 = 89.5%）。

晶體結構解析發現🛺，底物通道內帶正電的氨基酸殘基有利於穩定帶負電底物；突變和計算機模擬結果表明，活性口袋H140和Y319側鏈分別與不同構象底物形成非極性相互作用，形成調控酶非對映體立體選擇性的“雙構象”作用模式（圖1）。為進一步提升該酶的催化性能，采用結構-機製指導的酶底物通道重塑策略，通過定點飽和突變和迭代組合突變，成功獲得了催化活性、立體選擇性和穩定性等催化功能同時提升的三點突變體N18S/Q39R/Y319L（SRL），在合成手性中間體L-threo-甲碸基苯絲氨酸中表現出嚴格的非對映體立體選擇性（de > 99%）和高時空產率（216 g. L^–1 d^–1）👰；同時😻，突變體 SRL可催化不同取代的芳香醛和甘氨酸縮合，合成高光學純β-羥基-α-氨基酸。

該研究提出了蘇氨酸醛縮酶“雙構象”非對映體立體選擇性調控的新機製，通過重塑底物通道❗️，實現了單一蘇式構型產物的高效合成🪵，為催化合成多手性非天然氨基酸的酶分子改造和應用奠定了基礎🏄🏼。

圖1. “雙構象”非對映體立體選擇性調控機製

馮雁教授團隊聚焦分子酶學和合成生物學研究。在科技部合成生物學重點專項、國家自然科學基金等項目的資助下，先後完成了井岡黴烯胺、人參皂苷Rh2和絲氨醇等重大疾病治療藥物中間體的生物合成途徑設計及關鍵酶分子改造等工作，促進了藥物合成生物學領域的發展👨🏻‍🏭。

本研究得到了科技部重點研發計劃（2020YFA0907700）和國家自然科學基金面上項目（32271306 和22177072）的支持。

論文鏈接：

doi.org/10.1021/acscatal.3c00672