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[学术文献 ] A Unified Mechanism Reveals the Evolutionary Origin of Enoyl Isomerases 进入全文
ACS Catalysis
Enoyl isomerases (EIs) and dehydratases (DHs) are critical for diversifying polyketide natural products; however, the underlying mechanism remains controversial. Through a combination of 1H NMR, solvent isotope effect (SIE) analyses, and mutagenesis applied to two bifunctional dehydratase/enoyl isomerases (DH/EIs), a “His-solo” monofunctional EI, and an engineered “Asp-solo” monofunctional EI, we uncovered a unified catalytic mechanism, highlighting the pivotal role of Asp-H2O in tuning the ratio of DH and EI activities. This mechanism not only deciphers the catalytic basis of these enzymes but also provides a comprehensive framework for understanding their evolutionary trajectory from DHs to DH/EIs and ultimately to EIs.
[前沿资讯 ] 中国科学院天津工业生物技术研究所开发新型底物利用进化起始菌株设计算法 进入全文
中国科学院天津工业生物技术研究所
中国科学院天津工业生物技术研究所生物设计中心提出了AdaptUC框架：基于基因组尺度代谢模型与双层混合整数规划（MILP）的一体化生信设计工具，用于自动预测ALE所需 的起始菌株敲除组合。AdaptUC 引入两类评价指标：其一是未适应碳源/共底物利用比（UC/Co），用于衡量对新碳源的依赖度；其二是该研究提出的创新性目标函数底物同化驱动力（SADF），以“每单位未适应碳源摄取所带来的生长增益”来量化进化驱动力，直接对应 ALE 中逐步削减共底物时的选择压力。不同于传统仅最大化单一通量（如生长或产物）的设计策略，SADF 更关注“单位摄取→单位生长”的回报率，从而更贴合阈值降低式的进化实验设计。基于 iML1515代谢网络模型（E. coli）和 iCW773代谢网络模型（C. glutamicum）的案例研究表明，AdaptUC 不仅重现了文献中五种已验证的甲基营养菌设计，还预测出多组新的优选敲除方案，在理论生物量、UC/Co 及 SADF 指标上均表现更佳。值得注意的是，团队发现：必须由未适应碳源独自合成的生物质前体在总体生物量中所占比例，与 SADF 呈显著负相关，提示该依赖度可能是影响进化驱动力的重要因素——当较小比例的前体依赖甲醇合成时，每单位甲醇带来的生长收益更高，从而使SADF 更大，选择压力更强，菌株也更容易通过 ALE 适应新碳源。总之，AdaptUC 将高通量靶点筛选与进化驱动力量化结合，为以未适应碳源为目标的菌株构建提供了可操作的计算准则与框架。SADF 的提出为适应性进化设计引入了新的工程视角，且该方法可拓展至甲酸、木糖等其他可再生碳源及多种工业菌株。
[前沿资讯 ] 中国科学院上海药物研究所利用醛缩酶催化双分子亲核取代反应 进入全文
科学网
中国科学院上海药物研究所研究员廖苍松、副研究员张睿团队联合中国科学院天津工业生物技术研究所研究员盛翔团队，成功利用醛缩酶催化双分子亲核取代（SN2）反应一步高效高选择性合成复杂非天然氨基酸，拓展了醛缩酶的催化功能范围，也展现了其催化的非天然反应在不对称合成中的应用潜力。相关研究近日发表于《美国化学会志》。SN2反应与羟醛缩合反应是有机化学及生物化学合成中的核心反应类型，但两者的反应机制具有根本性差异。自然界分别进化出了催化羟醛缩合的醛缩酶及催化SN2途径的甲基转移酶等类似酶，此前尚未报道醛缩酶能够催化SN2取代反应。研究团队利用L-苏氨酸醛缩酶成功催化了SN2反应，通过易得的卤代α-羰基化合物，实现甘氨酸分子中sp3杂化Cα–H的不对称烷基化反应。研究团队进一步阐明了酶的活性位点精确调控底物的空间构型，使其有利于形成SN2反应过渡态的机制。在此基础上，研究团队开发了碘化物辅助的Finkelstein反应策略，显著提升了反应的转化效率。值得一提的是，研究中开发的生物催化平台为高效制备种类繁多的、具有高对映体纯度的非天然α-氨基酸（29种实例）提供了高效途径，最高收率可达95%，且立体控制性能卓越。研究团队利用全细胞催化，实现KMO抑制剂m-NBA和FCE2883A等生物活性分子的10克级规模高效制备。
[前沿资讯 ] 中国科学院深圳先进技术研究院发文揭示肠道共生菌联手噬菌体对抗南美白对虾弧菌病 进入全文
中国科学院深圳先进技术研究院
中国科学院深圳先进技术研究院马迎飞团队联合澳华集团，围绕南美白对虾副溶血弧菌病害，提出“共生菌-噬菌体协同防控”新策略。研究从健康对虾肠道分离12株共生菌，构建合成菌群Com12及精简版Com4，联合副溶血弧菌特异性噬菌体VP6phageC，在攻毒实验中将存活率由23%提升至69%。机制研究表明：菌群发育早期，致病弧菌易抢占生态位；引入关键共生菌VA3与噬菌体后，噬菌体迅速裂解VP6，VA3随即占位，形成连续防御；预防性干预显著优于延迟或治疗性处理。体外及模拟养殖实验证实，协同策略可在3天内清除水体弧菌，使肠道弧菌再降1个数量级，并提升菌群多样性，建立稳定微生态屏障。该成果为替代抗生素、实现绿色精准防控水产弧菌病害提供了可推广的微生态干预范式。
[前沿资讯 ] 北京大学研究通过人工智能辅助管道鉴定肠道微生物胆汁酸代谢酶 进入全文
科学网
北京大学姜长涛课题组报道了通过人工智能辅助管道鉴定肠道微生物胆汁酸代谢酶。相关论文发表在2025年8月7日出版的《细胞》杂志上。为了解决这个问题，研究组开发了一个人工智能（AI）辅助的工作流程，胆汁酸酶播音员单元工具（BEAUT），该工具预测了超过60万种候选BA代谢酶，并将其编译到人类通用微生物BA代谢酶（HGBME）数据库（https://beaut.bjmu.edu.cn）中。该研究团队鉴定了一系列未被鉴定的BA酶，包括单酸酰化BA水解酶（MABH）和3-乙酰DCA合成酶（ADS）。值得注意的是，ADS可以产生未报道的骨架BA， 3-acetoDCA，具有碳-碳键延伸。通过对3-acetoDCA的细菌存在和催化机制的测定，研究团队发现3-acetoDCA广泛分布于人群中，并调节肠道内微生物的相互作用。总之，他们的工作从酶的角度为微生物BAs和宿主之间的关系提供了另一种见解。
[学术文献 ] Computational-assisted protein engineering to develop thermostable and highly active catalase for industrial and biocatalytic applications 进入全文
Bioresource Technology
Catalases are ideal biocatalysts for hydrogen peroxide removal in industrial wastewater and enzymatic processes, yet the practical application is hindered by poor thermostability. In this study, a highly active catalase was identified from Fictibacillus enclensis using a computer-assisted screening strategy. To overcome thermal instability, a computational design framework integrating ProteinMPNN-based sequence optimization with physics-based energy calculations was developed. The engineered variant, D78P/K201R/E384Y/T435A, exhibited a 1.9-fold increase in catalytic efficiency and a 4.9-fold extension of half-life at 40°C. Molecular dynamics simulations and structural analyses revealed that the mutations conferred enhanced global rigidity through stabilized hydrogen-bond networks. Moreover, the variant was employed for the treatment of industrial effluents containing hydrogen peroxide residues and the biocatalytic upgrading of glycerol. This study not only paved the way for industrial applications of catalase but also established a strategic framework for enhancing both stability and catalytic activity in enzyme engineering.
