非自然反应得益于一种计算机工具，它教会了一种古老的酶新的技巧

一种古老的酶被重新配置，以与普通现代酶对其天然底物的速度相当的速度催化非自然反应。¹前寒武纪β-内酰胺酶，顾名思义，催化β-内酰胺水解，并能降解β-内酰胺抗生素，但由于一种新的计算工具，研究人员已经设计出它在一种被称为Kemp消除酶的人为反应中具有高活性。“从总体设计的角度来看，这是很重要的，而且通过纯计算筛选获得的活性显著提高，为未来在具有挑战性的系统中进行酶设计研究打开了重要的大门，”他说林恩Kamerlin瑞典乌普萨拉大学教授，他领导了这项研究。

越来越多的化学家正在转向酶，以使他们的反应更加可持续和精确。现代酶已经进化到高度特异性，因此很难改变用途。然而，古老的酶更加混杂，因此从古老的酶开始，研究人员有更多的空间将它们用于非自然反应。

Kemp消除涉及从碳中心提取质子。该反应为人工酶设计提供了一个基准，因为目前还没有天然催化剂用于该过程。Kamerlin和她的同事们之前已经用一种合理的设计策略重新配置了前寒武纪β-内酰胺酶，用于Kemp消除反应。²尽管这项工作证明了已经灭绝的酶可以作为酶工程的支架，但得到的酶并不比现有的肯普消除酶更好。

现在，使用名为FuncLib的软件和经验价键计算，该团队设计了一种周转率为~ 10的酶²年代⁻¹。这种酶的活性只比最有效的肯普消除酶低一个数量级，后者本身需要多轮定向进化才能创造出来。

定向进化是一种利用达尔文进化论的蛋白质设计方法。虽然这项技术已经彻底改变了蛋白质工程，但它对非天然酶的效果并不好，因为非天然酶的活性位点通常是独立于结构的其余部分设计的。卡默林说:“定向进化是昂贵的，需要多次进化才能看到活动的实质性进展。”“计算方法已经迅速发展，能够弥补这一差距，但到目前为止，还远远不能通过定向进化来实现。”

Kamerlin说:“我们相信FuncLib是一个游戏规则的改变者，它将大大加快酶的设计过程。”FuncLib可以改变氨基酸序列，并进行进化分析和稳定性计算，以预测最佳的酶变体。由于它关注稳定性，研究人员增加了经验价键计算来测试活性。卡默林解释说，经验价键计算比实验制造酶便宜得多，因此可以作为缩小选择范围的一种方法。因此，他们可以选择既稳定又活跃的基因，增加了发现高活性基因变体的机会。虽然FuncLib已被证明用于天然酶设计，但这项工作表明FuncLib也适用于非自然反应。

美国弗吉尼亚理工大学(Virginia Tech)复杂凝聚态体系量子化学模拟专家瓦莱丽·威尔伯恩(Valerie Welborn)对FuncLib在合成酶上的应用印象深刻。很容易看出，用FuncLib计算的稳定多点突变体可以作为定向进化的更好起点。这不仅通过加速定向进化过程节省了大量资源，而且还为以前无数轮定向进化未能提供满意结果的情况提供了新的途径。”