on style="white-space: normal; text-indent: 2em;">白腐真菌分泌一系列高氧化还原电位的氧化还原酶来有效分解木质素。在这些酶中，多功能过氧化物酶（VPs）是最混杂的生物催化剂。由于其多功能性质，VPs是研究和工业应用中极具吸引力的一类酶，但其重组表达极具挑战性。迄今为止，只有一个VP在结构上得到了表征，并针对重组功能表达、稳定性和活性进行了优化。通过计算对酶性质进行优化的方法可以应用于许多酶，但这一方法需要精确的结构。有鉴于此，Weizmann Institute of Science的Sarel J. Fleishman组利用多种酶序列基于深度学习的从头计算结构预测方法计算结构模拟，再通过PROSS计算方法一次性成功设计稳定性酶。
图片来源：J. Am. Chem. Soc.
通过上述策略设计了四个VPs，与野生型VP相比较，四个设计的VPs编码多达43个突变位。对这四个VPs在酵母中进行功能性表达，其中三个VPs（11H、8H、5H）表现出实用性和多样性以及对环境条件的耐受性。
图片来源：J. Am. Chem. Soc.
随后，利用AlphaFold2对突变体H8进行结构模拟，8H和其他VP之间最显著的活性部位差异在于一个螯合血红素和锰离子的环。在8H的锰螯合残基中，175位的Asp突变为His，而此位点本身与锰的氧化相关。此外，锰结合位点附近的突变也可能改变锰结合特性。这些自然发生的序列变化可能解释了8H锰的氧化能力急剧下降的原因。
图片来源：J. Am. Chem. Soc.
总之，新一代结构预测因子和设计方法的可靠性增加了计算酶优化的规模和范围，能够直接从基因组数据库高效地发现和利用天然酶家族中的功能多样性。
参考文献：Stable and Functionally Diverse Versatile Peroxidases Designed Directly from Sequences
J. Am. Chem. Soc.
DOI: 10.1021/jacs.1c12433
原文作者：Shiran Barber-Zucker, Vladimir Mindel, Eva Garcia-Ruiz, Jonathan J.Weinstein, Miguel Alcalde, and Sarel J. Fleishman*
