主要观点总结
研究者通过祖先酶重建，仅使用近期祖先的序列数据，设计出了可以承受高温并且孵育时间长的动物细胞色素P450和细菌酮醇酸还原异构酶热稳定蛋白。研究聚焦于现存P450家族中最具混杂性的一个家族，通过重建约4.5亿年前第一批脊椎动物的祖先酶（命名为CYP3_N1），实现了通常与前寒武纪重建相关的热稳定性和持久性的大幅增加。祖先酶表现出比现存形式更高的热稳定性和溶剂耐受性，同时维持或改进了对多种底物的催化效率。结果展示了在生物技术中通过祖先序列重建方法改良酶特性的潜力。
关键观点总结
关键观点1: 研究背景及目的
随着二十一世纪生物经济的发展，酶作为生物催化剂在广泛应用领域中发挥关键作用，包括可持续的绿色精细化学品和生物燃料的生产。然而，酶的应用受到其稳定性差和生产成本高的限制。热稳定蛋白在合成生物学中备受青睐，因为它们更易于结晶，也更适用于生物物理特性表征。研究目的是通过祖先酶重建提高酶的热稳定性和溶剂耐受性，以改善其在工业应用中的表现。
关键观点2: 研究方法
研究者使用祖先酶重建技术，聚焦于P450和酮醇酸还原异构酶（KARI）两个不相关的酶组作为模型系统。通过推断早期脊椎动物和细菌的祖先序列，研究者设计出具有高度热稳定性的酶，并评估了它们的溶剂耐受性、催化活性以及对不同底物的反应。
关键观点3: 研究结果
研究发现，通过重建近期祖先序列，如细胞色素P450（P450）的CYP3家族祖先，可以实现显著的热稳定性和持久性增加。这一祖先酶比现存的人体药物代谢形式CYP3A4具有更高的溶剂耐受性，并以相似的效率代谢了相似范围的底物。此外，与现存的大肠杆菌形式相比，祖先细菌KARI酶表现出更强的比活性以及更好的热稳定性。
关键观点4: 研究结论及意义
研究证明了通过重建近期祖先酶来提高酶的热稳定性和溶剂耐受性的有效性。这种策略为生物催化中的酶进化提供了显著改善的起点，有助于开发具有更理想特性的酶，推动绿色化学和生物燃料生产等领域的进步。
文章预览
来自：微生物代谢工程与合成生物学Lab 商业化生物催化剂需要能够承受高温和长时间孵育的鲁棒性酶。祖先酶的重建表明，寒武纪前的酶通常比现存形式的热稳定性更好。来自昆士兰大学的 Yosephin Gumulya 等人在《 Nature catalysis 》上发表了题为“ Engineering highly functional thermostable proteins using ancestral sequence reconstruction ”的研究论文，作者通过 祖先酶重构，仅使用近期祖先的序列数据 ，设计出了获得了可以承受 30°C 以上高温，并且孵育时间比现存形式长 100 倍以上的动物细胞色素 P450 和细菌酮醇酸还原异构酶热稳定蛋白。与人类药物代谢的 CYP3A4 酶相比，脊椎动物 CYP3 P450 酶的祖先酶显示出 60°C 的 60T50 ，具有更高的有机溶剂耐受性，并且对相似范围广泛的底物具有可比拟的活性。酮醇 - 酸还原异构酶的祖先酶在 25°C 时的比活度比同源大肠杆菌高 8 倍，
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