PDF《中国工程院院士 候选人提名书》

创新蛋白组 差异分析技术逆向发掘特定功能酶;

原创表达质粒及启动子建立适合各 种酶的高效表达宿主体系 (附件 2.7) ;

至今已创建数量达

2360 种酶的酶库及 其菌种库,解决了源头创新问题.

(二)创立基于生物相容性与营养平衡的发酵培养基及流加策略, 加速了酶制剂产业化进程. 基因工程技术产业化的最大瓶颈是发酵工艺 的不确定性, 经典方法无法满足规模化生产和成本核算需要.魏东芝从 微生物碳/氮平衡规律入手,创新了基于酶种、菌体生长与发酵阶段差 异的国产培养基配比及阶梯式流加策略,使工业酶发酵水平大幅度提 高、生产成本大幅度下降,解决了发酵配套技术问题.

(三)代表性应用案例:酶库中已有

26 种酶因性能与成本优势在 夏盛集团等

3 家酶制剂企业产业化,其中, 可发酵糖酶使发酵糖产率提 高1-2%,在柠檬酸和淀粉糖企业得到推广应用;

啤酒酶系列产品因提 升了国产麦芽利用率和啤酒澄清度,在200 多家啤酒企业(华润雪花、

5 青岛啤酒等) 推广应用.该酶库和菌种库已成为国际著名的药明康德等

20 多家企业候选库,撬动着巨大产业链而产生影响力.魏东芝因此获 得国际著名酶制剂企业杜邦-杰能科设立的 中国酶工程杰出贡献奖 . 成果获上海市科技进步一等奖 (附件 1.4) .

二、 创新酶定向进化与多酶组装技术方法, 提升酶催化活性和选择 性,拓展酶催化底物多样性,创建了若干细胞催化剂或人工细胞,解决 了生物催化转化过程关键技术难题. 酶或菌的天然属性极少能直接满足工业生产之需, 魏东芝基于生物 酶的构效关系认知, 创新酶分子与底物适配设计与改造方法,为有需求 的化学变化找到对应的酶或生物催化剂.

(一)创新酶理性改造方法,定制生产所需的酶.基于酶催化中心 关键氨基酸与底物间π -π 堆积力影响酶活性、与底物活性基团间距影 响酶立体选择性、 底物通道和结合口袋的相互作用力影响酶区域选择性 等理论创新, 建立了半理性和理性定制酶的技术方法, 可实现酶活性提 高、选择性强化、立体选择性逆转及主副产物互换 (附件 3.9) ;

开发了底物 分子从头设计和筛选方法(软件著作权号 2014SR108447) ,可快速获得 数千个虚拟底物并完成被催化与否的预测, 拓宽底物谱实现一酶催化多 底物;

使数周人工改良替代千年自然进化成为现实.

(二) 创新多酶组装技术方法, 创建了完成级联反应过程的细胞催 化剂/细胞工厂.酶的稳定性及其辅酶需求是酶催化转化应用的瓶颈, 多酶集合体或集多酶于一体的细胞是完成更多复杂生物转化的催化剂 形式.基于蛋白相互作用原理创新了多酶组装技术方法, 多个酶可形成 有序排列的纳米结构;

创新基因编辑技术将多个体外进化酶或酶催化模 块定位组装于特定细胞器,实现细胞催化剂/细胞工厂的人工设计与创 建 (附件 3.1-3.3) .这无疑缩短了级联反应中间物的传递路径,并提高了酶的 稳定性以便重复利用,提升了发酵或生物转化效率.

(三)代表性应用案例:青霉素酰化酶被用于原底物结构迥异的非 天然氨基酸手性拆分,发酵水平

8 万U/L 发酵液达国际最高,立体选择性

6 均超过 99%,实现同一种酶催化生产 D-色氨酸等

20 余种产品;

氧化还 原酶被高效表达于细胞膜,一Vc 生产菌被改造成为一种超级细胞催化 剂,可选择性氧化