摘要：1月24日，上海交通大学生命科学技术学院与张江高等研究院合成科学创新研究中心的倪俊副教授及其团队在《细胞》杂志上发表了一篇题为“Rational multienzyme architecture design with iMARS”的研究论文。

1月24日，上海交通大学生命科学技术学院与张江高等研究院合成科学创新研究中心的倪俊副教授及其团队在《细胞》杂志上发表了一篇题为“Rational multienzyme architecture design with iMARS”的研究论文。

该研究揭示了多酶复合体的空间邻近性和催化效率之间的关系，解决了长期以来关于多酶组装缺乏标准的问题，实现了从序列到功能的人工多酶复合体理性设计。

生物催化在细胞代谢和生物制造中扮演着关键角色，而多酶级联催化广泛应用于医药、食品及工业领域。自然界中的多酶复合体通过精细调控其空间结构来控制催化反应速率。

受此启发，科学家尝试通过融合酶、蛋白质支架和核酸支架等方法构建人工多酶复合体以提高催化效率。然而，过去五十年间，关于人工多酶复合体的空间构效关系一直是未解之谜，导致多酶组装只能依赖于实验试错法。

为了克服这一挑战，倪俊副教授的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，发现了影响催化效率的关键因素——融合酶的空间距离和通道角度。

基于这些发现，团队开发了一个名为iMARS的理性设计工具，该工具内含上千种不同性质的linker数据库，并采用ParaFold进行高通量蛋白质结构预测，结合分子对接和CAVER等软件计算DO Score打分筛选，从而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。

团队还验证了iMARS在多种应用场景中的有效性，包括白藜芦醇、香兰素、麦角硫因的生物合成以及PET塑料的生物降解。

结果表明，使用iMARS设计的最佳融合酶相较于游离酶能使工程大肠杆菌中白藜芦醇产量提升45.1倍，并在酿酒酵母和光合微生物蓝藻中也表现出色。

此外，在PET塑料的体外降解实验中，扫描电子显微镜观察到了由iMARS设计的融合酶对PET薄膜造成的显著降解痕迹。

在麦角硫因生产的分批补料发酵过程中，含有优化设计融合酶的工程菌株达到了最高生产效率，展示了iMARS在工业化生物制造中的潜力。

这项研究不仅推动了人工智能在生物学领域的应用，也体现了合成生物学“造物致知、造物致用”的理念。

iMARS作为首个多酶复合体的理性设计工具，标志着多酶组装从实验试错向理性设计的重大转变，有望加速合成生物学和生物制造的发展，对医药、食品和工业等领域产生深远影响。

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及张江高等研究院合成科学创新研究中心的倪俊副教授是本文的通讯作者，博士生王嘉伟为第一作者，上海交通大学为主要完成单位。

研究得到了国家自然科学基金、科技部国家重点研发计划及光玥生物科技有限公司的支持。

来源：研究生的酸甜苦辣咸