亚博_“上海市技术发明奖一等奖”项目从无到优 这个科研团队深耕“生物催化剂”十六载

来源:来自网络 作者:亚博科技前沿资讯网 时间: 2019-06-04 19:32:30

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原标题:掌控生物制作工业的中心“芯片”

科研人员进行实验。(材料)

催化剂是化学反响的“戏法棒”,按照人的需求,改动反响物的反响速率,却不改动化学式两头的平衡,90%以上的工业进程均运用催化剂。但催化剂就一定是化学催化剂吗?大势所趋的绿色化学需求更为绿色的反响进程。

华东理工大学许建和教授项目团队就瞄准“生物催化剂”在医药研制范畴的共同优势,深耕十六载,助推相关工业绿色转型晋级,树立酶法组成全能抗氧化剂“(R)-硫辛酸”的成套工艺,并在全球首先完成工业化。这一“生物催化剂的快速定制改造及高效组成手性化学品的要害技能”项目,取得2018年上海市技能发明奖一等奖。

基因查找千里挑一选“斥候”

奇特的(R)-硫辛酸,是一种类似维他命的全能抗氧化剂,在防备和医治心脏病、糖尿病及老年痴呆症方面有广泛运用。但其出产的要害中间体“手性氯醇”,化学组成条件严苛,安全和环保压力巨大。能不能变“化学催化为主”为“生物催化为主”?

事实上,规划并创制高效、专注、绿色的生物催化剂和催化工艺,已成为国际上高端手性化学品组成技能开展的遍及趋势。通过稳重考虑,许建和团队选择(R)-硫辛酸等手性醇工业出产所需的羰基复原酶催化剂作为主攻方向。早在上世纪90年代中期就前瞻性地组建起国内最早的生物催化研究室。“生物催化是化学催化的有利弥补和手性组成的重要手法,具有反响条件温文、立体选择性强等共同优势。”

作为微生物,天然酶的基因数量特别巨大。高效、安稳的工业用生物催化酶的选择,犹如难如登天。能否把天然生成软弱的酶分子改构成工业上安稳经用的催化剂,更关系到生物催化能否完成工业化运用的要害。为了从多达375万条基因的数据库中快速选择出工业上有用的羰基复原酶,项目团队通过整理概括基因的“进化树”,科学规划、聚类约简,从每3000条类似基因中选择1名代表,通过惯例的分子克隆和发酵技能,制备出可代表300多万条功用不知道基因的1214个先导酶,使方针酶基因的查找空间一会儿缩小3个数量级。

“精心选择并培育出来的先导酶分子,就像潜伏在基因‘林海’中的‘斥候’,一旦与待测验的方针底物接通信号,即可引导基因查找引擎,瞄准‘进化树’上活性先导酶附近的基因群落,再通过高通量选择办法,快速定制并取得具有特需工业特点的羰基复原酶。”许建和说。

继续深耕解“卡脖子”难题

通过前期的顶层规划和批量定制,项目团队逐渐树立产权自主、代表性强、种类逾千的生物催化先导酶“斥候团”。关于制药工业不同结构的羰基底物,满意了它们不对称生物复原的多样化需求,明显提升了我国从头规划和定制工业酶的自主立异才能。

“从无到有”仅仅第一步,更进一步则是“从有到优”。在此基础上,项目团队针对天然酶生机低、安稳性差等运用瓶颈问题,解析了酶的晶体结构和催化机理,在2018年诺贝尔奖化学奖相关技能的基础上,立异开展多方针并行的定向进化战略(MODE),成功将天然羰基复原酶的催化功率进步960倍,安稳性进步1940倍,得到高性能的(R)-硫辛酸组成酶催化剂。

生物催化酶“斥候团”高效安稳,处理了长时间困扰工业界的酶催化剂功率低、选择性差等技能难题,将开发周期由本来的1到2年,大幅度缩短至1到2周,极大进步了方针生物催化剂从头规划开发的针对性和命中率。“酶是生物制作工业的中心‘芯片’,而智能化是未来开展新趋势,这些都是技能立异和知识产权抢夺的焦点。”许建和表明,团队将结合智能计算办法,继续深耕解“卡脖子”难题,更好满意医药化工行业安全、节能等技能转型晋级的深层次需求。

深度参加科技效果工业化

跟着项目团队在羰基复原酶催化范畴不断取得丰厚效果,姑苏富士莱制药公司、江西科苑生物药业有限公司、厦门欧米克生物科技有限公司等多家企业慕名而来,期望取得出产改造方面的技能支持,处理传统出产中存在的不安全、不环保、本钱高、纯度低一级难题,开辟全新的绿色出产工艺。

项目团队跨前一步,深度参加科技效果工业化进程。“大型反响器中部分的过酸或过碱现象,简单构成酶的工艺性失活。”许建和解说,项目团队改用对酶友爱的弱碱,代替简单使酶失活的强碱,大幅减缓酶的失活,并规划制作酶反响专用的碱液喷雾均布设备,明显下降反响器中酸和碱的浓度级差,霸占长时间悬而未决的酶工艺性失活问题。项目团队还针对反响底物在水相中不安稳、频频替换作业介质构成很多糟蹋和排污等状况,在酶促复原反响中引进后续过程通用的溶剂,构成“甲苯-水”两相酶催化介质系统,有用按捺底物酮酯的自发水解,树立根据羰基酶法复原的(R)-硫辛酸绿色制构成套工艺。

值得一提的是,合作企业姑苏富士莱制药有限公司由此决断筛选本来运用的6步全化学组成工艺,在全球范围内首先树立既高效又环保的“酶-化学偶联法”组成技能,工艺道路从6步缩短为3步,产品总收率从25%进步至55%,大幅度下降能耗和三废排放。

十余年来,该项目获我国发明专利授权26项,请求美国专利1项、PCT专利1项;宣布相关SCI论文45篇,被别人引证530次;近3年为企业新增产量9.8亿元,新增赢利2.4亿元,并培育了1家上市企业;还累计培育博士和硕士研究生100余人,其间4人已成为高校教授。


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