交叉偶联金属酶进化成大环抗生素

定向进化创造了一种酶，可以催化具有挑战性的碳-碳键形成反应，用于合成结构复杂的抗生素。

大约在20年前发现，arylomycins证明了广谱抗菌活性，但因为它们很难制造，所以还没有在临床中使用。它们由脂质尾部和大环核心组成，针对的是不同于现有治疗方法的细菌过程——这是对我们有限的抗生素武器库的宝贵补充。

芳基霉素的大环由三个氨基酸和两个苯基组成，由联芳基键连接。形成这种碳-碳键被证明是很麻烦的:传统的方法依赖于金属催化的交叉耦合，这需要首先安装官能团来促进反应，而且往往会产生复杂的产物混合物。扩大这种类型的化学物质是具有挑战性的，而且人们担心使用潜在的有毒金属。然而，一个团队包围了卡梅拉莫里纳罗来自美国基因泰克公司的科学家设计了一种P450酶来克服这些障碍。

细胞色素P450是一种含铁酶的超家族，几乎存在于每一种生物体内。这些酶通常催化羟基化反应，将空气中的氧插入到碳氢键中产生醇。但研究人员也对P450酶进行了生物工程改造，用于其他转化。这种进化的酶具有令人难以置信的选择性，可以高产出单一产物，而不需要底物中的某些官能团。

基因泰克研究人员的初步筛选确定了一些P450变体，这些变体在测试基质上催化碳-碳键的形成。通过定向进化这是一个反复的突变和筛选过程，研究小组进一步调整了酶的反应性。他们表现最好的酶催化芳霉素C-C键形成反应，收率为84%。

“这确实说明了酶催化简化重要分子的作用，”评论道汉斯·勒娜特他是美国莱斯大学化学酶合成研究人员。“基因泰克之前制备芳酰霉素的方法依赖于钯交叉偶联，这需要使用预功能化底物。相比之下，生物催化策略没有，这意味着更容易合成底物。”

研究人员使用相同的工程酶制备了几个相关的芳霉素核。其中一些化合物甚至含有溴取代基，这与传统的交叉偶联反应不相容。

基因泰克团队随后研究了扩大反应，这是药物开发中出了名的困难过程。雷娜塔说:“克级反应的演示非常令人印象深刻。”“下一步应该是展示如何在流程规模上适应这种转变。”