基于理性设计的转氨酶定向进化及其在手性胺类药物合成中的应用

需求的背景和应用场景

转氨酶作为一类高效的生物催化剂，在生物体内及工业应用中均展现出重要的催化作用，特别是在手性胺类药物的合成领域具有巨大的潜力。当前，随着生物酶技术的不断进步，尤其是底物分子的定向进化和理性设计技术的日益成熟，转氨酶在对映选择性和酶活性方面已取得显著提升。然而，在实际应用中，转氨酶仍面临两大主要挑战：一是底物和产物对酶活性的抑制作用，这限制了酶催化效率的提升；二是酶对高浓度有机溶剂的耐受性问题，这影响了酶在工业生产中的稳定性和应用范围。因此，针对这些痛点问题，提出对W-转氨酶进行改造的技术需求，旨在通过技术手段提升转氨酶的性能，使其能够满足工业化生产的要求，特别是在手性胺类药物合成中的广泛应用，从而推动生物医药行业的创新发展。

要解决的关键技术问题

为了克服转氨酶在实际应用中的限制，本技术需求重点聚焦于以下几个关键技术问题的解决：

1. 生物酶法工艺开发：针对国内外已上市且具有广阔市场前景的手性药物关键中间体，开发高效的生物酶法合成工艺。通过筛选具有较好选择性和活性的催化酶，优化关键手性合成步骤，以提高药物合成的效率和纯度。
2. 酶的定向进化与半理性设计：特别针对环丁酮、苯乙酮类底物酶进行定向进化和半理性设计突变。通过精确的基因操作和筛选技术，改造酶的结构和功能，以提高其对特定底物的酶活性和选择性，同时增强其对高浓度有机溶剂的耐受性。

• 提高酶活性：通过技术手段使反应转化率提升至90%以上，理想情况下达到95%，以大幅提高生产效率。
• 增强酶稳定性：确保酶在反应体系中能够稳定工作至少48小时，以满足工业化生产的需求。
• 优化酶选择性：通过精确调控酶的催化特性，使产物ee值（对映体过量值）达到95%以上，确保药物合成的高纯度和高对映选择性。

效果要求

本技术需求的实施将带来以下显著效果：

• 技术创新：通过定向进化和半理性设计技术，实现对转氨酶性能的显著提升，为生物酶催化领域提供新的技术方法和思路。
• 产业效益：提高手性胺类药物的合成效率和纯度，降低生产成本，增强市场竞争力，为生物医药行业带来显著的经济效益。
• 知识产权保护：在项目实施过程中，至少申请2件发明专利，为技术成果提供法律保护，增强企业的核心竞争力。
• 工业应用前景：改造后的转氨酶将更适用于工业化生产环境，特别是在手性药物合成领域，有望推动相关产业的升级和发展。