荧光激活细胞分选技术加速酶定向进化

朱润涛，高浩峰，杨一帆，刘永琪，李佳祺，张 霞，胡 南

(南京工业大学 生物与制药工程学院，江苏 南京 211800)

酶是具有高催化效率、专一性的有机大分子，它在生物催化、高分子合成和医药开发等领域有着广泛应用[1]。成功的生物催化反应取决于具有优良特性的酶。虽然天然酶可以通过发掘基因组数据库、筛选宏基因组文库获得[2-3]，但是天然酶难以满足工业应用的需求。因此，在未来酶工业化应用中，需要对酶的催化特性进行改造以满足应用的需求[4]。

分子定向进化是设计工业酶的一种强大、快速且可靠的方法。2018年诺贝尔化学奖授予了定向进化先驱——美国科学家Frances H.Arnold女士，这一奖项肯定了蛋白质定向进化作为工业领域标准化的通用工具及自它诞生之后带来的广泛社会效益。定向进化通过改造天然酶，获得一系列具有强催化活性[5]、底物选择性[6]和立体选择性[7]等优良特性的突变体，这些优势可以应用于化学原料药与医药中间体的绿色合成等。更重要的是，定向进化推动了人类由化石能源时代向可循环生物经济时代迈进[8]。

定向进化技术是在基因水平上通过多轮突变，构建高通量突变文库，然后在蛋白质水平，利用高通量筛选技术，获得高活性突变体的一种技术(图1)。但是，建立高效、成熟的高通量筛选方法是酶定向进化的瓶颈之一。最简单的筛选方法是平板筛选法(包括凝胶平板筛选和微量平板筛选法)，还可通过色谱法、光谱法或质谱法筛选突变体表型。……