手性γ-氨基丁酸類化合物是合成一些藥物的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)單元。腈水解酶催化3-取代戊二腈去對(duì)稱化水解，是合成這類化合物的有效方法。目前，已測試的腈水解酶對(duì)3-烷基或3-芳基戊二腈通常生成（S）-構(gòu)型產(chǎn)物，而（R）-構(gòu)型產(chǎn)物的對(duì)映體過量值較低。定向進(jìn)化是實(shí)現(xiàn)酶立體偏好性翻轉(zhuǎn)的有效手段，但在不損失酶活的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)其立體選擇性的翻轉(zhuǎn)仍具挑戰(zhàn)性。 

中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究員朱敦明、吳洽慶和兼職研究員林建平帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，通過對(duì)來自Synechocystis sp. PCC6803的腈水解酶（SsNIT）底物結(jié)合口袋的鏡像分析，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)影響立體選擇性的關(guān)鍵氨基酸殘基W170與V198處于互為鏡像位置，分別與底物潛手性碳原子的兩個(gè)取代基團(tuán)相互作用，而且它們的體積差別較大。通過置換這兩個(gè)氨基酸殘基的位置，實(shí)現(xiàn)了該酶對(duì)3-異丁基戊二腈水解反應(yīng)立體偏好性的翻轉(zhuǎn)。進(jìn)一步采用定點(diǎn)突變及組合突變，重塑了其底物結(jié)合口袋，獲得了高立體選擇性（>99% ee）及活性的突變體E8。該突變體高效的催化400mM濃度的3-異丁基戊二腈選擇性水解，生成（R）-3-異丙基-4-氰基丁酸，分離產(chǎn)率97%，產(chǎn)物ee值大于99%。研究人員探索突變體的底物特異性發(fā)現(xiàn)，其對(duì)3-烷基及3-芳基取代的戊二腈均實(shí)現(xiàn)了立體選擇性的翻轉(zhuǎn)，尤其對(duì)烷基取代的底物顯示出較高的立體選擇性。該研究為腈水解酶及其它酶催化對(duì)稱性化合物去對(duì)稱化反應(yīng)的立體選擇性改造，提供了新策略和新方法。 

相關(guān)研究成果以Inverting the enantiopreference of nitrilase-catalyzed desymmetric hydrolysis of prochiral dinitriles by reshaping the binding pocket with a "mirror‐image" strategy為題，發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition上。天津工生所助理研究員于珊珊、李金龍，副研究員姚培圓為論文的共同第一作者。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院相關(guān)項(xiàng)目、天津市合成生物技術(shù)創(chuàng)新能力提升行動(dòng)項(xiàng)目及“合成生物學(xué)”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專項(xiàng)的支持。 

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利用鏡像策略改造腈水解酶立體偏好性