近日，中国农业科学院北京畜牧兽医研究所微生物与酶工程科技创新团队开发了可高效合成25-羟基维生素D3的细胞色素P450全细胞催化剂，为人工自给自足P450酶的设计提供了新思路，同时为25-羟基维生素D3的高效工业合成提供了重要生物催化剂。相关研究成果以封面论文形式发表在《农业与食品化学杂志（Journal of Agricultural and Food Chemistry）》上。
25-羟基维生素 D3是维生素D3的代谢产物，在治疗维生素D3缺陷症、改善钙磷代谢方面，补充25-羟基维生素 D3比单独使用维生素D3更有效。此外，由于25-羟基维生素 D3在钙磷代谢中的重要作用，其作为动物营养饲料添加剂在畜禽养殖业中具有巨大的市场需求。细胞色素P450酶 （P450s） 是生物合成 25-羟基维生素D3的有力候选催化剂，但其应用受到稳定性低、催化效率低和解耦反应等限制。为解决上述限制，构建自给自足的 P450 ，需要结构域间linker优化来调节结构域间构象动力学。
研究首先将全细胞生物催化剂筛选与反应条件的系统优化相结合以提高催化性能。在优化条件下，血红素结构域 Vdh-K1 实现了 91.6% 的转化效率，随后被选中用于嵌合酶组装。通过采用局部能量挫折分析来评估蛋白质柔性和变构动力学，鉴定了具有高阻挫 linker 的嵌合P450 突变体。最佳突变体 VK1-CYP116B46-L21 表现出更好的热稳定性、催化活性和偶联效率，25-羟基维生素 D3产量为 4.89 mM （1.96 g/L），是迄今为止报道的大肠杆菌全细胞催化的最高产量。
中国农业科学院北京畜牧兽医研究所微生物与酶工程科技创新团队博士研究生梁子琦为论文的第一作者，涂涛研究员、姚斌院士以及西北农林科技大学动物科技学院杨小军教授为论文的通讯作者。该研究得到国家自然科学基金和中国农科院重大任务等项目的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.4c12356
