2025-03-06 09:25津云

　　津云新聞訊：記者從中國科學院天津工業生物技術研究所獲悉，北京時間3月6日，中國科學院天津工業生物技術研究所等在酶催化機制解析方面取得重大突破性進展，發現了活性氧超氧陰離子參與麥角堿藥物分子的酶催化合成，相關突破性研究已發表于國際學術期刊《自然》。

左一為高書山研究員

　　該成果得到國內外領域專家的高度評價，認為該工作揭示的機制是“未見報道的”，強調其“可能重塑氧化酶進化認知”，并認為該工作“不僅僅是揭示了一種基于超氧陰離子的催化機制，更重要的是提示了這是一種尚未被揭示、但廣泛存在于不同酶系統的催化機制”，“為人工設計高效生物催化劑開辟全新路徑，在生物制藥、綠色化工及新型能源開發等領域具有重大應用潛力。”

　　據悉，酶作為生命活動的核心催化劑，驅動著從代謝調控到能量轉換等關鍵生物過程，是自然界億萬年進化的精密分子機器。在合成生物學中，酶不僅是重構生命系統的功能基石，更是突破傳統化學合成局限的核心工具，它像一個“微型工廠”，實現抗生素、生物燃料、高價值化合物等目標產物的定向制造。

　　在杭州師范大學合作團隊結構生物學數據的支撐下，天津工業生物技術研究所研究發現，參與麥角生物堿藥物合成的過氧化氫酶EasC同時擁有兩座“車間”，一座位于酶中心，另外一座位于酶表面；兩個車間之間通過管道相連。酶中心車間負責生產活性氧（超氧陰離子)，并將其通過管道輸送至酶表面車間，在那里活性氧催化原料生產麥角堿藥物分子。

　　中國科學院天津工業生物技術研究所研究員高書山為此次研究的通訊作者，他帶領藥物化學與生物合成研究組的科研人員，持續研究攻關項目。他表示，這種“雙車間-輸送管道協同”的酶催化方式，相當于在針尖上建起兩座專業車間，分別生產活性氧和藥物分子，并建造了活性氧專用運輸通道。

　　高書山與研究團隊進一步研究發現，一般認知中需要消耗外源電子的活性氧生產過程，在這里竟由藥物原料分子直接“供電”完成，并且活性氧只在酶表面的藥物原料到位時才能生產、并啟動運輸。

　　此外顛覆以往認知的一點是，一直以來，活性氧超氧陰離子都被貼上“健康殺手”的標簽，這個在細胞代謝中產生的活性氧自由基，就像失控的“分子剪刀”，肆意切割DNA、破壞蛋白質，甚至被證實與癌癥、衰老等重大疾病密切相關。正因如此，全球科研力量都在競相研發清除它的“護盾”。

　　但是這項研究發現超氧陰離子可以作為酶的催化工具生產藥物分子，突破了現有“負面”功能的傳統認知，證明自然界的智慧遠超人類想象，目前普遍認為的有害分子，或許正是打開未來科技的鑰匙。

　　據悉，該研究將為開發新型酶制劑開發、重構天然產物合成途徑提供寶貴的分子進化藍本。同時，將加速麥角生物堿等抗抑郁藥物的新藥開發和綠色制造的過程，相關酶制劑的開發將為傳統化學合成提供綠色低碳的可持續替代方案，推動醫藥制造向高效、環保的范式轉變。

　　目前，該研究工作獲得了國家重點研發計劃合成生物學專項、天津市合成生物技術創新能力提升行動等項目資助和支持，是低碳合成工程生物學全國重點實驗室的重點研究方向。

　　多年來，圍繞酶制劑領域“0到1”原始創新的需求，天津工業生物技術研究所引進了多批次、不同層次的年輕人才，通過天津市合成生物技術創新能力提升行動等給予了充足的啟動項目資金支持。圍繞酶的開發和利用，天津工業生物技術研究所建有工業酶國家工程研究中心，聚焦于發掘和改造自主知識產權的酶制劑生產菌種和開發酶制劑工藝，近年來，研究所在新酶挖掘與機制解析、酶智能塑造以及藥物綠色制造等不同研究領域均取得了突破性進展，為天津打造我國合成生物學、綠色生物制造等戰略高地奠定了堅實基礎。

　　（津云新聞記者苑美麗）