2022年9月21日，国际顶尖学术刊物《自然》(Nature)发表了题为Enantioselective [2+2]-cycloadditions with triplet photoenzymes的研究文章，介绍了基于合成生物学前沿技术开发的一类全新的人工酶，可为激发态光反应的手性催化合成提供一种原创性方案。该研究成果由华中科技大学、西北大学及深圳技术大学共同完成，我校为第三完成单位。我院赵伟宁副教授为第九作者，负责了项目中人工光敏酶的质谱分析与鉴定。这是我院首次、我校第二次作为作者单位在Nature正刊发表科研成果。

手性在化学的微观世界非常普遍，与生命现象密切相关，也显著影响物质的性能。一直以来，手性催化都是合成化学的一个重要研究方向，推动着药物、食品、材料等领域的发展。酶是大自然给予生命体的馈赠，具有高效催化性能，常被生命体用于构建手性化合物，基于酶来实现人类社会所需手性化合物的合成是科学家们近年来追求的目标。然而，自然存在的酶往往受囿于专一的底物和天然的生命化学反应，因而难以满足人类社会对多样性功能化学品的合成需求。其中，能受光驱动的天然光酶由于在自然界中的种类稀缺性，更是如此。研究团队将二苯甲酮类优异光敏剂通过基因密码子拓展技术定点插入到选定蛋白的手性空腔中，构建并筛选出了含非天然催化活性中心的人工光酶TPe4.0，将三重态能量转移的光催化机制与蛋白质的精细超分子腔相结合，综合利用了化学光催化剂的高效反应性和生物催化剂的精准选择性，可完成吲哚衍生物的分子内[2+2]光环加成反应的高效手性催化，具有良好的底物普适性和手性选择性，突破了天然酶热催化机制的局限，拓展了生物催化的反应类型。我院赵伟宁副教授基于高效液相-串联质谱技术对人工酶的全蛋白分子量及修饰位点进行了鉴定与分析，为人工酶的手性催化性能研究和项目的开展提供了良好的数据支持。

三重态光酶（TPe）催化能量转移[2+2]光环加成反应示意图

华中科技大学吴钰周、钟芳锐教授课题组、四川大学王天利教授课题组与我校赵伟宁副教授课题组等共同承担了国家重点研发计划“合成生物学”重点专项“非金属活性中心人工酶的构筑及手性生物合成研究”项目（SQ2018YFA090064，476万，2019-2024）， 综合利用有机合成、基因工程、蛋白质工程、质谱等技术与手段，发展新型人工酶，以实现非天然手性化合物的绿色生物合成。自2020年以来，我院赵伟宁副教授课题组与华中科技大学科研团队已在Nature，Green Chemistry，Organic Letters等知名学术期刊合作发表相关工作4项。

相关工作全文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05342-4

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.orglett.2c02742

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/gc/d1gc01658j

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.orglett.0c02442

供稿：科研办公室

审核：贺震旦