上海有機(jī)所在生物合成快速手性分析篩選方面取得進(jìn)展
高通量篩選是酶定向進(jìn)化中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，尤其對(duì)于制備手性胺等藥物中間體的亞胺還原酶（IREDs）而言，其篩選效率直接決定了催化體系的開發(fā)速度。然而，傳統(tǒng)方法依賴繁瑣的衍生化與色譜檢測(cè)流程，難以滿足大規(guī)模、快速篩選的需求。
?近日，中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所趙延川研究員與林亮研究員團(tuán)隊(duì)在 ACS Central Science?期刊發(fā)表題為 “High-Throughput 19F NMR Chiral Analysis for Screening and Directed Evolution of Imine Reductases”的研究論文(ACS Cent. Sci.?2025, doi: 10.1021/acscentsci.5c00498）。該工作開發(fā)了一套基于19F核磁共振的高通量手性分析平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)每天對(duì)1,000個(gè)酶催化反應(yīng)樣本的對(duì)映體選擇性和轉(zhuǎn)化率的同步檢測(cè)，大幅提升了亞胺還原酶定向進(jìn)化的效率。
中國(guó)科學(xué)院有機(jī)化學(xué)研究所趙延川研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于含氟核磁共振探針及相關(guān)檢測(cè)技術(shù)的研發(fā) (Chem. Rev.?2019,?119; 195;?Chem. Rec. 2023, e202300031)。團(tuán)隊(duì)發(fā)展了識(shí)別賦能色譜核磁檢測(cè)方法 (Recognition-Enabled Chromatographic NMR)，基于含氟探針與分析物動(dòng)態(tài)相互作用產(chǎn)生的特征性氟譜信號(hào)，與分析物一一對(duì)應(yīng)。這一檢測(cè)方法不僅可以用于高靈敏度復(fù)雜體系原位分析檢測(cè) (Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202417112.), 也可以用于手性醇、胺、羧酸、腈等化合物的對(duì)映體組成分析及絕對(duì)構(gòu)型判定 (Cell Rep. Phys. Sci.?2020, 1, 100100; JACS Au 2023,?3, 1348;?Anal. Chem.2024, 96, 730; Anal. Chem. 2024, 96, 1144; Anal. Chem. 2024, 96, 13551)。
在本工作中，研究團(tuán)隊(duì)利用一種手性金屬鈀絡(luò)合物探針，通過其和手性胺可逆結(jié)合，產(chǎn)生特異性的氟譜信號(hào)實(shí)現(xiàn)手性區(qū)分檢測(cè)。由于核磁共振氟譜檢測(cè)具有操作簡(jiǎn)單、分析快速、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，該方法可以避免復(fù)雜的樣品前處理和提純操作，對(duì)生物酶反應(yīng)粗產(chǎn)物進(jìn)行直接分析，顯著提升手性分析速度。該平臺(tái)已成功應(yīng)用于酶的定向進(jìn)化相關(guān)研究。以合成羅替高汀中間體為目標(biāo)，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)134種IRED酶進(jìn)行了初篩，獲得具有S-選擇性的IRED-195 (初始ee值為40%)。進(jìn)一步通過對(duì)位點(diǎn)G248進(jìn)行突變，其對(duì)映選擇性顯著提升，ee值達(dá)到90%。經(jīng)兩輪定向進(jìn)化優(yōu)化，最終獲得突變體IRED-195-R2，ee值進(jìn)一步提升至99%，驗(yàn)證了該體系在酶催化工藝開發(fā)中的應(yīng)用潛力。
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圖：基于核磁共振氟譜的生物催化高通量手性檢測(cè)方法
該論文的共同第一作者是上海有機(jī)化學(xué)研究所的研究生宋書誠(chéng)和王晨陽，通訊作者為趙延川研究員和林亮研究員。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部和中國(guó)科學(xué)院的支持。
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