我国科学家在酶催化机制解析方面取得重大突破

中国青年报客户端讯（中青报·中青网记者 胡春艳）近期，中国科学院天津工业生物技术研究所等在酶催化机制解析方面取得重大突破性进展，发现了活性氧超氧阴离子参与麦角碱药物分子的酶催化合成。相关内容于北京时间3月6日，发表于国际学术期刊《自然》。

酶作为生命活动的核心催化剂，驱动着从代谢调控到能量转换等关键生物过程，是自然界亿万年进化的精密分子机器。在合成生物学中，酶不仅是重构生命系统的功能基石，更是突破传统化学合成局限的核心工具，它像一个“微型工厂”，实现抗生素、生物燃料、高价值化合物等目标产物的定向制造。

在杭州师范大学合作团队结构生物学数据的支撑下，天津工业生物技术研究所研究发现，参与麦角生物碱药物合成的过氧化氢酶EasC同时拥有两座“车间”，一座位于酶中心，另外一座位于酶表面；两个车间之间通过管道相连。酶中心车间负责生产活性氧（超氧阴离子），并将其通过管道输送至酶表面车间，在那里活性氧催化原料生产麦角碱药物分子。

这种“双车间-输送管道协同”的酶催化方式，相当于在针尖上建起两座专业车间，分别生产活性氧和药物分子，并建造了活性氧专用运输通道。这种物理隔绝和运输方式既利用了活性氧的强大反应能力，又规避了它的破坏性，体现了微生物酶系统在氧化学利用方面的进化智慧，在保持药物高效生产的同时避免了细胞毒性。进一步研究发现，一般认知中需要消耗外源电子的活性氧生产过程，在这里由药物原料分子直接“供电”完成，并且活性氧只在酶表面的药物原料到位时才能生产、并启动运输。

一直以来，活性氧超氧阴离子都被贴上“健康杀手”的标签，这个在细胞代谢中产生的活性氧自由基，就像失控的“分子剪刀”，肆意切割DNA、破坏蛋白质，甚至被证实与癌症、衰老等重大疾病密切相关。正因如此，全球科研力量都在竞相研发清除它的“护盾”。但是这项研究发现超氧阴离子可以作为酶的催化工具生产药物分子，突破了现有“负面”功能的传统认知，证明自然界的智慧远超人类想象，那些我们普遍认为的“有害分子”，或许正是打开未来科技的钥匙。

微生物在长期进化中孕育出催化机制独特、反应类型多样的新型酶系统。这些酶系统为合成数量巨大的药物分子，也为合成生物学的生命系统重构提供了宝贵的酶元件库。该研究将为开发新型酶制剂、重构天然产物合成途径提供宝贵的分子进化蓝本；同时将加速麦角生物碱等抗抑郁药物的新药开发和绿色制造的过程。相关酶制剂的开发将为传统化学合成提供绿色低碳的可持续替代方案，推动医药制造向高效、环保的范式转变。

围绕酶制剂领域“0到1”原始创新的需求，天津工业生物技术研究所引进了多批次、不同层次的年轻人才，通过天津市合成生物技术创新能力提升行动等给予了充足的启动项目资金支持。围绕酶的开发和利用，天津工业生物技术研究所建有工业酶国家工程研究中心，聚焦发掘和改造自主知识产权的酶制剂生产菌种和开发酶制剂工艺，近年来，该研究所在新酶挖掘与机制解析、酶智能塑造以及药物绿色制造等不同研究领域均取得了突破性进展，为天津打造我国合成生物学、绿色生物制造等战略高地奠定了坚实基础。

该成果得到国内外领域专家的高度评价。该研究工作获得了国家重点研发计划合成生物学专项、天津市合成生物技术创新能力提升行动等项目资助和支持，是低碳合成工程生物学全国重点实验室的重点研究方向。

责任编辑：梁国胜