nature一篇文献的翻译《生物催化工程的第三次浪潮》.docx

nature一篇文献的翻译《生物催化工程的第三次浪潮》
nature一篇文献的翻译《生物催化工程的第三次浪潮》
nature一篇文献的翻译《生物催化工程的第三次浪潮》
* *
生物催化工程的第三次浪潮
过去实
验中曾被用过， 此刻这一方法往常称为定向进化， 这一技术的最先方法波及到在
一个蛋白质中氨基酸的随机突变的迭代循环法， 随后从酶稳固性提高， 底物特异
性以及对应选择性的突变体形成的库中挑选法。 议论到此，此后的发展已经集中
于提高定向进化的效率以产生 “更智能地” 数据库。工业生物催化主要集中于水
解酶，一些***复原酶（ KREDs），以及辅因子重生和在有机溶剂中蛋白质的稳固
性研究。在某些状况下，优化代谢门路；比如，交融不一样的自然界菌株的基因于
一个新的宿主细胞以产生 1,3- 丙二醇（形成多聚体的单体） ，使得将甘油转变为
更易被利用的原料葡萄糖成为可能。
因为此刻的生物催化浪潮获得的进展， 将酶设计成引人瞩目的新功能， 比如
接受从前的惰性基质（孟鲁司特的 KRED 或是西他列汀的转氨酶） ，或是改变形
成产物的性质（萜环化酶突变体可作用于不一样的萜烯或是氨基酸代谢物使醇类作
为生物燃料）。此刻需要新式酶将生物量变换为第二或第三代生物燃料，资料和
化学品。第三大浪潮的主要发展是先进的酶工程（包含定向进化） ，基因合成，
序列剖析，生物信息工具和计算机模拟， 并且酶改良的理论进展可能比本来预期
的要更明显。工程酶能够在含有 60uC 的有机溶剂的溶液中保持稳固， 能够接受
新的底物以及催化新的非天然反响。 当前这一工程可能需要几个月， 这样大大扩
展潜伏的应用。过去，设计酶化的过程遇到酶的限制；当前，酶设计渐渐适应工
nature一篇文献的翻译《生物催化工程的第三次浪潮》
nature一篇文献的翻译《生物催化工程的第三次浪潮》
nature一篇文献的翻译《生物催化工程的第三次浪潮》
* *
艺规范。
大概十年前，《 Nature 》和《 Science 》的文件综述了第一次和第二次生物
催化浪潮，提出了可能带来的第三次浪潮的提示。 当今实时评估第三次浪潮的影
响及推断将来十年可能的带来什么进展（框 1）。只管生物催化波及到代谢工程
和合成生物学，但这些综述要点是针对酶法和全细胞反响。
框 1
生物催化应用要求及实例
传统的生物催化， 天然产物采纳自然反响和门路转变为其余天然产物。
技术要求：
尽可能控制自然生物转变；实例：面包和奶酪制作，皮革加工，啤酒和酒发酵，
及天然抗生素生成。
宽底物范围生物催化， 化学中间体 （非天然产物） 经过自然反响和门路转变为其
他化学中间体。技术要求：特定酶的使用（没有扰乱活性存在）
；观点要求：许
多酶拥有宽的底物范围；实例：采纳酯酶和羰基复原酶（乙醇脱氢酶）生产医药
中间体。
多级生物催化， 天然产物经过非自然反响和门路转变为燃料，
资料和化工原料 （非
天然产物）。技术要求：蛋白质工程主要用于稳固性，底物范围和催化反响种类
的改变； 观点要求： 酶能够催化非自然反响， 酶的新的组合产生新的门路； 实例：
用异戊二烯生物合成门路生成燃料分子，氨基酸生物合成燃料乙醇。
适应酶工程的制造工艺
为了最大限度降低成本， 化工业需要在希望的工艺条件下产生稳固的， 选择
性的及高产的催化剂。这样的加工的酶设计先要确立设计目标， 比如增添稳固性，
可选择性，底物范围，或是往常这些性质的联合。 2000 年，第三大浪潮前，只
有极少的策略能够知足这些目标。 酶的固定化能够增添蛋白的稳固性， 可是稳固
性的增添幅度较平和并且常常不可以知足大多半化学转变。 定向进化也有可能知足
这些目标，但仍旧迟缓， 因为它需要对大型数据库进行成立和挑选， 并且这些数
据库中大多半突变体是活性降低甚至没有活性的。 大幅改良的例子极少与家产相
关。低速意味着进化的蛋白仅包含一些变化，所以，酶性质仅略微获取改变。尽
管几百年来酶法工艺已经应用于工业， 但大多半设计的酶和全细胞从遗传学上已
nature一篇文献的翻译《生物催化工程的第三次浪潮》
natur