近期，來自巴斯夫（BASF）、奧地利工業(yè)生物技術(shù)研究中心（acib）和奧地利格拉茨大學(xué)的研究人員共同開發(fā)了一種全新的計算機輔助模型，該模型可以提高酶的性能，并使新的生物催化生產(chǎn)工藝更快地從實驗室升級到工業(yè)生產(chǎn)。影響用于生產(chǎn)化學(xué)品的酶的效率的因素很多，尋找最佳反應(yīng)條件需要大量的時間和資源。 

酶是一種蛋白質(zhì)，在人體和所有其他生物體內(nèi)發(fā)揮多種功能，參與人體幾乎所有的新陳代謝過程，如消化食物或形成細胞和組織。在化學(xué)工業(yè)中，酶也是生產(chǎn)過程中使用的加速化學(xué)反應(yīng)的生物催化劑，化工企業(yè)利用酶制造維生素、調(diào)味品或化妝品和洗滌劑成分等產(chǎn)品。

然而酶非常敏感，例如若溫度過高，酶就會停止正常作用。巴斯夫計算蛋白質(zhì)工程全球負責(zé)人 Stefan Seemayer 博士解釋：“酶不再正確折疊，失去了三維結(jié)構(gòu)，這意味著在其活性中心無法進行進一步的催化反應(yīng)。然而，當(dāng)溫度過低時，酶也無法發(fā)揮最佳功能，產(chǎn)生的所需產(chǎn)品量也會減少。生物催化劑的活性還會受到反應(yīng)介質(zhì)中所含物質(zhì)（如溶劑）的影響。”

“我們需要溶劑，這樣酶才能從起始原料（例如脂肪）中快速產(chǎn)生大量所需的最終產(chǎn)品。如果沒有溶劑，酶就無法充分獲取物質(zhì)并將其轉(zhuǎn)化為其他材料。但是，如果溶劑濃度或溫度過高，酶就會失去結(jié)構(gòu)，停止活性。另一方面，如果濃度或溫度過低，則會降低產(chǎn)品產(chǎn)量。為了獲得盡可能多的所需產(chǎn)物，我們需要找到酶的最佳點，在這個點上，反應(yīng)溫度和溶劑濃度都能產(chǎn)生最高的活性。”

過去，確定溫度和溶劑濃度的最佳組合是一個復(fù)雜的過程，需要進行多次實驗室實驗?，F(xiàn)在，巴斯夫、acib 和格拉茨大學(xué)的研究人員新開發(fā)的回歸模型，可以作為傳統(tǒng)生化模型的擴展，大大簡化確定最佳組合的工作，只需進行一些初步的實驗室測試，如確定酶的展開曲線，將獲得的數(shù)據(jù)輸入計算機模型后，該模型就能計算出反應(yīng)溫度和溶劑濃度的最佳組合，使酶的性能達到最佳。

研究還發(fā)現(xiàn)，新的參數(shù)不僅能夠反映酶在不同溫度下的穩(wěn)定性，還可以幫助識別最佳反應(yīng)條件窗口。與傳統(tǒng)方法相比，這一新方法能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測酶在特定溶劑中的活性變化，從而提高了酶的篩選和優(yōu)化效率。這使得不同酶之間的比較更加容易，也使得酶性能的優(yōu)化更加高效和精確。

Stefan Seemayer 解釋：“這聽起來很簡單，但卻大大提高了生物催化過程的效率，讓我們對酶催化有了新的認識。有了這種新方法，就能更容易地對不同的酶進行比較，并優(yōu)化酶的性能。“這大大減少了我們?yōu)槊糠N新生產(chǎn)工藝尋找最合適條件的工作量。因此，我們可以更快地完成實驗室的研發(fā)工作，從而更快地開始擴大生產(chǎn)規(guī)模。這大大降低了成本和資源消耗，提高了生物催化的可持續(xù)性。”

該研究成果發(fā)表在《Nature Communications》期刊上，新方法將為未來的生物催化研究和應(yīng)用提供新的工具和思路。