摘要：生物催化在细胞代谢和生物制造中至关重要，多酶级联催化广泛应用于医药、食品、工业等领域。50多年来，人工多酶复合体的空间构效关系成学界难题，多酶组装只能靠实验试错，缺乏理性设计工具。1月24日，上海交大倪俊副教授课题组在Cell发文，开发人工多酶复合体理性设计工

生物催化在细胞代谢和生物制造中至关重要，多酶级联催化广泛应用于医药、食品、工业等领域。50多年来，人工多酶复合体的空间构效关系成学界难题，多酶组装只能靠实验试错，缺乏理性设计工具。1月24日，上海交大倪俊副教授课题组在Cell发文，开发人工多酶复合体理性设计工具iMARS，揭示多酶空间“密码”，解决多酶组装无标准难题，实现从序列到功能的理性设计。

研究团队借助高通量测试及空间结构预测，深入解析了人工多酶复合体的空间构效关系，初步破译了多酶空间邻近性和效率的 “密码”。研究发现，融合酶的空间距离和通道角度是影响催化效率的关键因素。基于这一重大发现，团队进一步开发出 iMARS 工具。

该工具内置包含上千种不同性质linker的数据库，通过 ParaFold进行高通量蛋白质结构预测，并运用分子对接和CAVER等工具进行计算和DO Score打分筛选，能够实现从氨基酸序列到人工多酶复合体相对活性的快速预测。

为了验证iMARS方法的有效性和实用性，研究团队在白藜芦醇、香兰素和麦角硫因等化合物的生物合成以及PET塑料的生物降解等多个不同应用场景中展开了深入探究。

研究显示：在白藜芦醇的生物合成中，设计的最佳融合酶相较于游离酶，使工程大肠杆菌的白藜芦醇产量提升了45.1倍，并且该方法在酿酒酵母和光合微生物蓝藻中同样适用，充分表明iMARS作为分子水平的设计工具，具有广泛的适用性，可适用于不同的宿主细胞。在 PET 塑料的体外生物降解实验中，通过扫描电子显微镜（SEM）观察到，设计的融合酶对PET薄膜的降解侵蚀痕迹更为显著。在麦角硫因合成的分批补料发酵过程中，包含优化设计融合酶的工程菌株的生产效率达到了最高水平，展现出iMARS在生物制造工业化方面的巨大潜力。

目前，iMARS已实现在线使用，为广大研究人员快速设计多酶复合体提供了极大的便利。这项研究基于多种深度学习软件开发而成，充分体现了人工智能技术对生物学研究的强大推动作用。在多酶复合体 “创造、学习和设计” 的过程中，也完美诠释了合成生物学 “造物致知、造物致用” 的核心理念。iMARS作为首个人工多酶复合体的理性设计工具，它的出现标志着多酶组装从依赖实验试错法正式迈向理性设计的新纪元，必将有力推动合成生物学和生物制造的快速发展，对医药、食品和工业等领域产生深远且重要的影响。（光明日报全媒体记者颜维琦 通讯员 魏娜）

来源：光明网