近日，华东理工大学生物反应器工程全国重点实验室李志敏、李宗霖团队在非天然氨基酸绿色生物制造领域取得重要进展。相关成果先后发表于国际权威期刊《自然-通讯》和《生物资源技术》杂志。
非天然氨基酸（non-canonical amino acids, ncAAs）因其结构多样与功能独特，广泛应用于药物发现、蛋白质工程和功能材料开发。然而，传统单酶合成方法普遍存在成本高、效率低等问题，难以满足绿色制造的产业需求。针对上述瓶颈，李志敏教授团队提出以甘油为起点、以水为唯一副产物的ncAAs绿色合成策略，构建了一个模块化多酶级联体系，系统实现了从廉价生物质向高值功能分子的转化。
该体系包括三个协同模块：模块I利用高效醇氧化酶将甘油氧化为甘油酸；模块II借助一系列辅助酶与能量再生系统，实现甘油酸向关键中间体O-磷酸-L-丝氨酸的高效转化；模块III以具有底物多样性与高催化效率的OPSS酶为核心，结合“插拔式”反应策略，成功制备22种具有C–S、C–Se和C–N侧链的ncAAs，产率最高达98.5%，原子经济性超过75%，且具备高度立体专一性，已实现克级至十克级规模放大。
图片说明：模块化多酶级联合成22种非天然氨基酸
团队针对模块I的限速步骤，引入计算辅助的酶工程策略，通过AlphaFold3结构预测、ProteinMPNN序列设计与能量打分筛选，从嗜热菌来源过氧化氢酶出发，获得了四突变体D78P/K201R/E384Y/T435A。该变体酶活提升1.9倍，Tm值提升8°C，半衰期提高5倍延长至145小时，打破了活性与稳定性之间的权衡限制，实现模块I甘油酸产率显著提升。此外，变体在医疗废水、纺织漂洗液、乳品加工液等体系中，表现出对H2O2显著优于商品酶的处理能力，反应时间缩短50%。该研究不仅为ncAAs绿色合成提供了优选元件，也为甘油高值利用和工业废水处理开辟了可持续发展的新路径。
图片说明：计算辅助过氧化氢酶活性与稳定性同步提升改造
两篇论文的第一作者均为华东理工大学生物工程学院已毕业博士徐帅，通讯作者为李志敏教授与李宗霖老师，其中第一篇论文的通讯作者还包括浙江工业大学程峰教授。该系列研究获得国家重点研发计划青年科学家项目、国家自然科学基金面上项目、国家优秀青年科学基金、上海市科委2025年度关键技术研发计划的资助，是团队在体外生物制造领域的原创性研究突破。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-63341-1
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2025.133081
