摘要：2025年1月24日，上海交通大学生命科学技术学院及张江高等研究院合成科学创新研究中心倪俊副教授的研究团队在《Cell》杂志上发表了一篇题为“Rational multienzyme architecture design with iMARS”的论文。

2025年1月24日，上海交通大学生命科学技术学院及张江高等研究院合成科学创新研究中心倪俊副教授的研究团队在《Cell》杂志上发表了一篇题为“Rational multienzyme architecture design with iMARS”的论文。

该研究揭示了多酶空间邻近性与效率之间的关系，解决了长期存在的多酶组装缺乏标准的问题，并实现了从序列到功能的人工多酶复合体理性设计。

上海交通大学生命科学技术学院、微生物代谢全国重点实验室以及张江高等研究院合成科学创新研究中心的倪俊副教授担任通讯作者，博士生王嘉伟为第一作者，而上海交通大学则作为第一单位。

生物催化在细胞代谢和生物制造中至关重要，广泛应用于医药、食品和工业等领域。自然界的多酶复合体结构经过精细调控以优化催化反应速率。

受此启发，研究人员通过多种策略如酶融合、蛋白质支架和核酸支架构建人工多酶复合体，旨在提升催化效率。然而，人工多酶复合体的空间构效关系长期以来一直是未解之谜，限制了其应用范围。

为了解决这个问题，研究团队利用高通量测试和空间结构预测技术，解析了人工多酶复合体的空间构效关系，识别出影响催化效率的关键因素，包括酶的空间距离和通道角度。

基于这些发现，他们开发了一个名为iMARS的理性设计工具，内含上千种不同性质的linker数据库，并结合ParaFold软件进行高通量蛋白质结构预测。此外，还使用分子对接、CAVER等工具计算并筛选最佳设计方案。

为了验证iMARS的有效性，研究团队将其应用于白藜芦醇、香兰素、麦角硫因的生物合成以及PET塑料的生物降解等多个场景。

结果显示，使用iMARS设计的最佳融合酶使工程大肠杆菌中白藜芦醇产量提高了45.1倍，在酿酒酵母和蓝藻中的应用同样显示出良好效果。

此外，iMARS设计的酶对PET薄膜表现出更强的降解能力，并在麦角硫因生产过程中达到了最高生产效率，展示了其在工业化生物制造中的潜力。

目前，iMARS已上线，为全球研究人员提供便捷的设计工具。这项研究不仅促进了人工智能在生物学领域的应用，也体现了合成生物学“创造、学习和设计”的理念。

iMARS作为首个用于人工多酶复合体理性设计的工具，标志着多酶组装从依赖实验试错转向理性设计的新阶段，将推动合成生物学和生物制造的发展。

本研究得到了国家自然科学基金、科技部国家重点研发计划的支持，同时感谢上海交通大学教授赵一雷及上海光玥生物科技有限公司孟诗雨的重要贡献。

来源：研究生的酸甜苦辣咸