“生物催化与分子进化”科研团队由吴中柳研究员主持，主要从事高效高选择性功能酶的筛选、表达和分子改造；新型多酶生物催化体系及化学-酶偶联体系的设计和构建；高值手性化合物的酶催化合成新方法和新工艺研究。实验室构建了高效、高选择性的酶库和工具箱，主要涉及环氧化酶、细胞色素P450酶、羰基还原酶，烯烃还原酶等多种氧化还原酶类；构建了成熟的高通量筛选平台和蛋白质工程改造技术平台，开展酶蛋白及突变体的结构功能关系研究，实现生物催化剂的设计定制。

 

已获得的研究成果包括：

1、新型环氧化酶及其多酶级联反应体系：通过生境筛选和基因组数据挖掘，获得多个新型环氧化酶，首次应用于了多手性中心缩水甘油类化合物的不对称合成，实现优异的对映选择性和非对映选择性，获得高光学纯度环氧化物；设计构建基于环氧化酶/羰基还原酶的新型多酶级联反应体系，并改造大肠杆菌宿主细胞性能，提高催化效率，降低副反应，首次应用于alpha，beta-不饱和酮的高效高选择性环氧化，并通过异丙醇开关效应对反应进程进行有效调控；结合计算机模拟和高通量筛选方法，识别关键氨基酸残基，提升环氧化酶的催化效率和体系稳定性。

2、羰基还原酶资源库及重要医药中间体合成路线：通过生境筛选和数据挖掘，构建自主知识产权的羰基还原酶重组酶工具箱，设计开发了若干重要手性医药中间体的生物催化合成新路线，包括阿瑞匹坦、度洛西汀、阿托伐他汀、替格瑞洛、依鲁替尼等等手性中间体。其各项重要指标和经济性已超过工业应用的基本要求，部分工艺专利许可企业，实现中试放大生产。同时，通过解析关键酶的晶体结构，进一步开展理性/半理性改造和定向进化研究，获得了多种稳定性和活性提高、底物谱拓宽、立体选择性反转的人工突变酶，极具工业应用潜力。

3、新型烯烃还原酶及其应用：通过生境筛选和基因组数据挖掘，获得自主知识产权的无色杆菌，首次发现该菌属可催化多种缺电子烯烃，如氰基丙烯酸、环状酰亚胺和不饱和硝基化合物的立体选择性还原；该菌株经全基因组测序并经数据挖掘后，获得多个新型烯烃还原酶，适用于不同结构的缺电子烯烃还原反应，并可与羰基还原酶偶联，构建多酶级联体系，用于多手性中心同步构建。

4、木质纤维素降解酶的定向进化：利用蛋白质工程手段，设计高通量筛选底物，通过基因家族改组、随机突变和理性设计综合运用的手段，研究酶蛋白结构功能关系，获得多种耐热性或活力大幅度提高的人工酶，包括内切木聚糖酶；阿魏酸酯酶；beta-葡萄糖苷酶，内切葡聚糖酶等等，并利用这些人工进化酶构建高效降解酶系。这些极具潜力的工业酶有望降低木质纤维素降解的生产成本，进一步推动耐热型木质纤维素酶的工业化应用。

 

团队负责人

吴中柳，女， 1975年6月生，研究员。2003年毕业于中国科学院上海有机化学研究所生物有机化学国家重点实验室，获理学博士学位，同年赴美国Vanderbilt大学医学院生物化学系从事博士后研究工作，2006年入选中国科学院“百人计划”(“引进国外杰出人才”) ，2008年获得择优支持。现任中国科学院成都生物研究所应用与环境微生物研究中心研究员，博士生导师。入选2008年度四川省杰出青年学科带头人。目前以第一作者或者通讯作者已发表SCI学术论文50余篇, 他引近800次；申请发明专利20多项，已授权12项。

 

学生毕业去向

张志刚Ph.D.(2010)                   Gästehaus der Philipps-Universität Marburg, Germany

乔 婧 M.Sc.(2010)                   中国科学院重庆绿色智能技术研究院

林  晖 Ph.D. (2011)                  University of Minnesota, USA

易卓林 Ph.D.(2011)                  University of Illinois at Urbana-Champaign, USA

汤传根 M.Sc.(2011)                美药星(南京)制药公司

张帅兵 Ph.D. (2012)               河南工业大学

Ahmed, Abeer Ahmed Qaed, Ph.D.(2012)

盖   萍 M.Sc.(2012)                浦发银行股份有限公司

刘艳杰M.Sc.(2012)                  河南潢川县仁和中学

王海波Ph.D. (2013)               重庆博腾制药科技股份有限公司

邢  晔  M.Sc.(2013)                成都地奥制药集团有限公司

田小亮 M.Sc.(2013)                中国科学院成都生物研究所

徐梦宇M.Sc.(2014)                  中国农业大学

汤脱险M.Sc.(2014)                  新加坡南洋理工大学

李菁菁Ph.D. (2015)                  Finland

刘育昌Ph.D. (2015)                  Aalto University, Finland

许光鹏M.Sc. (2016)                 南开大学

赵凤佼Ph.D. (2017)                  西安交通大学

郭超M.Sc.(2017)                     中国科学院成都生物研究所

 

近年主持的代表性项目

 

国家自然科学基金面上项目        3项

国家自然科学基金青年基金项目    1项

国家科技重大专项                1项

科技部国际合作项目              1项

科学院重大方向项目子课题        1项

 

近年代表性论文

Zhao, F.-J.; Liu, Y.;Pei, X.-Q.; Guo, C.; Wu, Z.-L.* Single mutations of ketoreductase ChKRED20 enhance the bioreductive production of (1S)-2-chloro-1-(3,4-difluorophenyl) ethanol. Appl Microbiol Biotechnol. 2017, 101(5): 1945-1952.

Zhao, F.-J.; Jin, Y.; Liu, Z.-C.; Guo, C.; Li, T.-B.; Li, Z.-Y.; Wang G.-G.*; Wu, Z.-L*.Crystal structure and iterative saturation mutagenesis of ChKRED20 for expanded catalytic scope. Appl Microbiol Biotechnol. 2017, doi:10.1007/s00253-017-8556-2.

Liu, Y.-C; Guo, C.; Liu, Y., Wang, H.-B, Wu, Z.-L*. Enzymatic cascades for the stereo-complementary epimerisation of in situ generated epoxy alcohols. Org Biomol Chem. 2017, 15(12):2562-2568.

Guo, C., Wu, Z.-L*. Construction and functional analysis of a whole-cell biocatalyst based on CYP108N7. Enzyme Microb Technol. 2017, 106:28-34.

Lin, H.; Xu, M.-Y.; Liu, Y.; Wu, Z.-L*.Biocatalytic Epoxidation for Green Synthesis. In: Patel RN (ed) Green Biocatalysis. John Wiley & Sons, 2016, pp 351-372

Zhao, F.-J.; Pei, X.-Q.; Ren, Z.-Q.; Wu, Z.-L.* Rapid asymmetric reduction of ethyl 4-chloro-3-oxobutanoate using a thermostabilized mutant of ketoreductase ChKRED20. Appl Microbiol Biotechnol. 2016, 100 (8), 3567-3575.

Liu, Y.-C; Wu, Z.-L*. Switchable asymmetric bio-epoxidation of a,b-unsaturated ketones. Chem. Commun. 2016, 52(6), 1158 – 1161.

Liu, Y., Tang, T.-X., Pei, X.-Q., Zhang, C., Wu, Z.-L.* Identification of ketone reductase ChKRED20 from the genome of Chryseobacterium sp. CA49 for highly efficient anti-Prelog reduction of 3,5-bis(trifluoromethyl)acetophenone. J. Mol. Catal. B: Enz. 2014, 102(4), 1-8.

Wang, H.-B., Pei, X.-Q.; Wu, Z.-L.* An enoate reductase Acrh-OYE4 from Achromobacter sp. JA81: Characterization and application in asymmetric bioreduction of C=C bonds. Appl Microbiol Biotechnol. 2014, 98(2), 705-715.

Yi, Z.-L.; Zhang, S.-B.*; Pei, X.-Q.; Wu, Z.-L.* Design of mutants for enhanced thermostability of b-glycosidase BglY from Thermus thermophilus. Bioresour Technol. 2013, 129, 629-633.

Zhang, S.-B.; Pei, X.-Q.; Wu, Z.-L.* Multiple amino acid substitutions significantly improve the thermostability of feruloyl esterase A from Aspergillus niger. Bioresour Technol. 2012, 117, 140-147.

Liu, Y.-J.; Pei, X.-Q.; Lin, H.; Gai, P.; Liu, Y.-C.; Wu, Z.-L.* Asymmetric bioreduction of activated alkenes by a novel isolate of Achromobacter species producing enoate reductase. Appl Microbiol Biotechnol. 2012, 95(3), 635-645.

Lin, H.; Liu, Y.; Wu, Z.-L.* Highly diastereo- and enantio-selective epoxidation of secondary allylic alcohols catalyzed by styrene monooxygenase. Chem. Commun., 2011, 47, 2610-2612.

Yi, Z.-L.; Pei, X.-Q.; Wu, Z.-L.* Introduction of glycine and proline residues onto protein surface increases the thermostability of endoglucanase CelA from Clostridium thermocellum. Bioresour Technol. 2011, 102(3), 3636–3638

Pei, X.-Q.; Yi, Z.-L.; Tang, C.-G.; Wu, Z.-L.* Three amino acid changes contribute markedly to the thermostability of b-glucosidase BglC from Thermobifida fusca. Bioresour Technol. 2011, 102(3), 3337–3342.

Zhang, S.-B.; Wu, Z.-L.* Identification of amino acid residues responsible for increased thermostability of feruloyl esterase A from Aspergillus niger using the PoPMuSiC algorithm. Bioresour Technol. 2011, 102 (2), 2093–2096.