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酶工程技术案例︱“升级改造”单加氧酶,高效催化手性亚砜
2020-02-17 11:36

有机硫化物在药物合成领域有着广泛应用价值,光学活性的亚砜作为一类重要的手性催化剂和配体,也日渐成为诱导不对称转化的重要工具。它不仅可以作为手性辅剂和中间体合成复杂的天然产物,同时作为手性药物也具有重要的经济意义,如消炎药舒林酸、治疗胃溃疡药奥美拉唑、抗菌素司帕索霉素等都含有硫原子手性中心。


手性亚砜的生物合成方法通常是利用单加氧酶对硫醚进行手性催化氧化反应,与使用过渡金属催化剂的昂贵、过度氧化以及副产物过多以及三废处理等问题相比,生物合成方法具有高底物专一性、高立体选择性、环保等优点,但是从自然界中筛选的单加氧酶还远远达不到工业化应用的生产标准和要求,因此寻求高催化效率和高底物耐受性的硫醚单加氧酶仍是其难点和瓶颈。



凯莱英医药集团(股票代码:002821.SZ,以下简称凯莱英)技术团队通过酶库筛选和定向进化工程技术,对野生酶进行了全面的“升级改造”,解决了天然单加氧酶活性低副产物较高的问题。经过对工艺的系统性优化后,使自主研发的单加氧酶达到了工业化生产的要求。


在整个酶升级改造的过程中,研究人员充分利用计算机辅助模拟技术对进化设计进行优化,通过理性进化和非理性进化的手段,经过多轮进化和筛选得到的单加氧酶突变体活性提高了10倍左右,其稳定性、可溶性表达和选择性上均得到了提高。可耐受的底物浓度提高了50%左右,副产物砜的含量也降低了10倍以上,催化效率获得大幅提升。同时,凯莱英技术团队还对发酵工艺进行了一系列优化,彻底解决了酶源的问题。


要将单加氧酶突变体应用到催化合成手性亚砜的生产中,完成从实验室到商业化生产规模的放大并非一蹴而就,这个过程也同样面临着挑战。比如说,反应体系为固液气三相非均相反应,放大难度很高。凯莱英技术团队通过对反应设备结构上的调整并结合工程计算机设计确定最佳参数对反应逐步放大,通过引入自动化检测系统以控制放大过程中过氧化物的生成,解决了底物分散性差等诸多问题,实现了可以在温和的条件下轻易的引入手性中心,突破了手性亚砜中间体绿色合成的瓶颈和难点。目前,相关技术已成功放大到8000L规模化生产项目中,产物手性亚砜ee值大于99%,de值大于99%,产品纯度>97%,收率由65%提高到80%。


凯莱英通过对单加氧酶的升级改造,为手性亚砜类化合物的绿色合成建立了高效的方法,并且实现了规模化生产,这是凯莱英在推动创新绿色技术的应用道路上的又一重要里程碑。多年来,凯莱英专注于生物酶催化等领域的绿色制药技术开发与工业化应用,致力于应用生物技术开发更高活性、更强稳定性和更长生命周期的新酶,重塑药物合成途径,让制药工艺更绿色、更安全、更可靠。

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