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高通量筛选与AI辅助进化平台——让凯莱英生物酶催化技术“如虎添翼”
2020-03-27 11:45

酶作为大自然馈赠的天然催化剂,在化工及制药行业中具有广泛应用价值。然而由于大多数自然界的酶对非天然底物的活性与选择性有限,因此限制了实际的生产应用。为满足实际需要,人们开发出经过设计与实验室改造的新酶,以提高生物酶催化的效率,这套升级改造酶特性的技术被称为“酶的定向进化技术” 。

酶的定向进化包含两大重要步骤,一是酶突变体库的建立,二是从庞大的突变体酶库中筛选出最适突变体。目前,基因突变库的建立方法包括易错PCR(error-prone PCR)、DNA重排(DNA shuffling)、序列饱和突变(Sequence Saturation Mutagenesis,SeSaM)、StEP等。在定向进化中,尽管突变具有随机性,但通过选择特定方向的突变限定了进化趋势,同时控制实验条件来限定突变种类,加快酶朝特定方向的进化速度。

虽然构建海量突变体库的技术已较为成熟,但如何从浩如烟海的酶库中筛选出“最佳种子选手”已成为决定酶定向进化成功的关键因素。近年来,随着高通量筛选(High throughput screening,HTS)技术的发展,一系列HTS的建立革命性地改变了传统筛选方法,能从基于随机诱变创建的庞大突变体库中(〜104–6,快速找到所需的有益突变,使得酶的筛选更加灵敏、高效、快捷,让适用于制药领域的工程酶的筛选变得更为容易。高通量筛选是酶进化的重要部分,决定了酶进化的效率和能力,能为合成反应快速找到开锁的“金钥匙”,助推项目高效推进。

凯莱英医药集团(股票代码:002821.SZ,以下简称“凯莱英”)的生物工程团队,利用定点突变、多点突变和饱和突变等理性设计方法或易错PCR、DNA shuffling、交错延伸PCR等非理性设计等方法建立了庞大的基因突变库,经过多年的实践和优化,目前生物工程团队利用QPix高通量克隆筛选系统,结合智能成像分析和精准自动化等功能,能保证每天准确挑取数以万计的克隆,整个筛选过程极为高效敏捷。除此之外,凯莱英还具备多种样品制备和孔板处理的能力,加上各种数据追踪和检测工具,简化了对复杂和重复过程的控制和管理。凯莱英对酶库中的所有酶都具有“自由实施(FTO)”,并对这些酶保持着常规的库存。


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在此基础上凯莱英搭建了综合的分子建模和计算模拟平台,让研究人员能够利用计算机辅助分析与仿真软件,进行结构模拟,预测出影响酶多种特性的关键结构区域,从而实现生物酶的定向进化改造。所以凯莱英的酶进化技术平台集合了智能化、高通量和多手段等特征,能在最短时间内获得化学反应最适合的酶,为客户提供综合技术解决方案。


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作为全球医药行业领先的CDMO解决方案提供商,凯莱英在生物酶催化技术领域持续投入与深耕多年,不断研发更高效的生物酶催化剂,并已将高活性、多品种的工程酶成功运用于他汀类药物、格列酮类药物、培南类药物等多种重磅药物的商业化生产之中。

酶的定向进化技术使制药工艺更绿色、更安全、更有效,极大提升药物合成效率,而高通量以及人工智能辅助筛选的实现更令此项技术“如虎添翼”,有效解决了化学合成与放大生产中的诸多问题,引领行业的绿色变革与进步。

未来,凯莱英将持续打造酶进化的研发技术平台,通过技术缩短客户临床新药研发周期,降低商业化产品的生产成本,为全球客户创造更大价值!


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