牛津生物转化公司用橙子制造葡萄柚化合物

催化剂是工业中许多最重要过程的支柱——无论是制造药物还是化肥，催化剂使我们所知道的化学成为可能。但是，虽然化学家已经使用和开发催化剂数百年了，但生命已经这样做了数百年。因此，合成催化剂通常无法与天然酶的效率和选择性竞争。生物催化剂已经进化到可以在相同的溶剂——水——中发挥作用，而且大多数都在温和的温度和压力下工作。虽然在自然界中发现的野生型催化剂只会催化它们特定的反应，但蛋白质工程和基因组测序的进步意味着选择或设计催化不同反应的突变酶已经成为可能。正因为如此，生物催化的应用正在迅速扩大，并改变了工业制造化合物的方式，目前全球酶市场价值约为52.5亿英镑。

使用突变酶是牛津Biotrans这是一家从牛津大学剥离出来的生物技术初创企业。总部位于英国阿宾顿，由牛津化学家20多年来开发的技术支持吕乐王在美国，该团队使用酶来找到难以接近的分子路径。他们的研究重点是细胞色素P450单加氧酶，这是一个超过21000个依赖血红素的酶家族，在细菌、植物和人类中发挥着重要作用，例如，代谢肝脏中的有毒化合物。“细胞色素P450酶是天然存在的生物催化剂——它们破坏碳氢键，而且是有选择性的，”该公司技术和运营总监马修·霍奇斯(Matthew Hodges)说。“从某种意义上说，这是不寻常的——选择性C-H键激活不是一件容易实现的事情。”“在这种情况下，通过从大气中的氧气中插入一个氧原子来实现——这种激活策略通常是选择性的，对于C-H键来说，在经典的化学合成中没有类似的方法。”

然而，这些酶的野生型通常对你想要的底物没有选择性，因此不会给你你想要的转化。为了做到这一点，该团队使用了高通量筛选和合理设计的混合方法来寻找或定制设计具有正确选择性的酶。利用他们庞大的专利P450酶目录，他们在体外筛选了一些突变体，以观察目标化学物质是否正在合成。通过了解哪些突变体更适合产生他们想要的反应，他们可以收集数据来帮助设计具有正确功能的新突变体。这种合理的设计需要了解酶是如何与底物结合的——公司可以利用这些知识来提高产品的选择性。霍奇斯解释说:“通过合理的设计，你可以说:这是酶的晶体结构——如果我们改变某些氨基酸残基，就会改变反应发生的方式，从而给出我们想要看到的反应。”

这种修修补补使该公司开发出了第一种商业产品——诺卡酮，这种分子负责葡萄柚的味道和气味，它是通过瓦伦烯的生物转化制成的。瓦伦丁烯是从橙子中分离出来的一种现成的原料。该公司首席执行官杰森·金解释说，虽然已经有可能将瓦伦烯转化为诺卡酮，但用酶进行这种反应是新的——而且用酶将天然前体转化为产品在商业上有好处。“如果一种天然化合物通过酶法转化为另一种天然化合物，它就可以被贴上天然的标签——食品公司等都希望能够说他们的产品是用天然香料制成的。”但能被贴上天然香料标签的东西供应有限。”

这一利基市场使得诺卡酮——以低廉的价格安全供应起始原料——成为商业上强有力的候选产品。它还见证了牛津生物trans成为赢家在英国皇家化学学会2018年新兴技术竞赛的食品和饮料类。万博代理

不仅仅是香气

该团队表示，虽然他们有新的香精和香水产品正在研发中，但他们计划保持开放的选择，探索其他途径。金说:“我们本身并不是一家香料公司——我们有生产香料和香水的能力，但最终应用非常广泛。”例如，美国环境保护署(Environmental Protection Agency)最近注册了诺卡酮用于杀虫剂和驱蚊剂。除了明显的商业方面，用生物催化剂进行化学研究还有其他好处。使用酶，这些反应可以在没有高压、高温或有机溶剂的情况下进行——一切都可以在室温、环境压力和水中进行，使过程相对绿色。