近日，中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所微生物與酶工程科技創新團隊開發了可高效合成25-羥基維生素D3的細胞色素P450全細胞催化劑，為人工自給自足P450酶的設計提供了新思路，同時為25-羥基維生素D3的高效工業合成提供了重要生物催化劑。相關研究成果以封面論文形式發表在《農業與食品化學雜志（Journal of Agricultural and Food Chemistry）》上。
25-羥基維生素 D3是維生素D3的代謝產物，在治療維生素D3缺陷癥、改善鈣磷代謝方面，補充25-羥基維生素 D3比單獨使用維生素D3更有效。此外，由于25-羥基維生素 D3在鈣磷代謝中的重要作用，其作為動物營養飼料添加劑在畜禽養殖業中具有巨大的市場需求。細胞色素P450酶 （P450s） 是生物合成 25-羥基維生素D3的有力候選催化劑，但其應用受到穩定性低、催化效率低和解耦反應等限制。為解決上述限制，構建自給自足的 P450 ，需要結構域間linker優化來調節結構域間構象動力學。
研究首先將全細胞生物催化劑篩選與反應條件的系統優化相結合以提高催化性能。在優化條件下，血紅素結構域 Vdh-K1 實現了 91.6% 的轉化效率，隨后被選中用于嵌合酶組裝。通過采用局部能量挫折分析來評估蛋白質柔性和變構動力學，鑒定了具有高阻挫 linker 的嵌合P450 突變體。最佳突變體 VK1-CYP116B46-L21 表現出更好的熱穩定性、催化活性和偶聯效率，25-羥基維生素 D3產量為 4.89 mM （1.96 g/L），是迄今為止報道的大腸桿菌全細胞催化的最高產量。
中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所微生物與酶工程科技創新團隊博士研究生梁子琦為論文的第一作者，涂濤研究員、姚斌院士以及西北農林科技大學動物科技學院楊小軍教授為論文的通訊作者。該研究得到國家自然科學基金和中國農科院重大任務等項目的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.4c12356
日期：2025-05-26
25-羥基維生素 D3是維生素D3的代謝產物，在治療維生素D3缺陷癥、改善鈣磷代謝方面，補充25-羥基維生素 D3比單獨使用維生素D3更有效。此外，由于25-羥基維生素 D3在鈣磷代謝中的重要作用，其作為動物營養飼料添加劑在畜禽養殖業中具有巨大的市場需求。細胞色素P450酶 （P450s） 是生物合成 25-羥基維生素D3的有力候選催化劑，但其應用受到穩定性低、催化效率低和解耦反應等限制。為解決上述限制，構建自給自足的 P450 ，需要結構域間linker優化來調節結構域間構象動力學。
研究首先將全細胞生物催化劑篩選與反應條件的系統優化相結合以提高催化性能。在優化條件下，血紅素結構域 Vdh-K1 實現了 91.6% 的轉化效率，隨后被選中用于嵌合酶組裝。通過采用局部能量挫折分析來評估蛋白質柔性和變構動力學，鑒定了具有高阻挫 linker 的嵌合P450 突變體。最佳突變體 VK1-CYP116B46-L21 表現出更好的熱穩定性、催化活性和偶聯效率，25-羥基維生素 D3產量為 4.89 mM （1.96 g/L），是迄今為止報道的大腸桿菌全細胞催化的最高產量。
中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所微生物與酶工程科技創新團隊博士研究生梁子琦為論文的第一作者，涂濤研究員、姚斌院士以及西北農林科技大學動物科技學院楊小軍教授為論文的通訊作者。該研究得到國家自然科學基金和中國農科院重大任務等項目的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.4c12356
日期：2025-05-26
