近期，我校生物工程学院余晓斌教授团队在计算机辅助设计乙酰胆碱酯酶热稳定性改造及有机磷检测敏感性方面取得重要进展，研究成果“Semi-rational design for enhancing thermostability of Culex pipiens acetylcholinesterase and sensitivity analysis of acephate”正式发表于Science of The Total Environment (IF = 8.2) (https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.173282)。
乙酰胆碱酯酶（AChE）作为生物传感器组件、药物开发靶点和治疗药物在食品安全和环境分析等领域中的应用正在扩大。然而，只有少数AChE酶源得到系统研究和利用，并且由于生产、存储和应用环境相关的复杂性，商业化AChE仍面临开发过程相关的高成本及低热稳定性等重大障碍。因此，系统研究候选酶源，开发具有稳定性及农药敏感性的AChE具有重要的科学意义和应用价值。
在此项研究中，研究人员借助计算机辅助方法有效筛选了可用于杀虫剂检测的理想酶来源C. pipiens AChE作为改造出发酶。采用半理性设计策略产生更小、更智能的突变体库，设计和表征具有热稳定性增强的突变体，有效防止酶活性的损失。三点组合突变体M4（A340P/D390E/S581P）表现出最适温度50°C和40°C下半衰期延长四倍。此外，评估了突变体M4在杀虫剂检测中的潜力，发现乙酰甲胺磷对其半抑制浓度较野生型降低了50倍，表现出更高的敏感性。通过分子动力学模拟探索野生型和突变体整体构象及与乙酰甲胺磷分子相互作用模式，从而更深入地了解热稳定性改善机制和变体敏感性增强的相关机制。
本研究将计算方法与高效筛选和生化表征相结合，为杀虫剂检测的高灵敏度AChE筛选、克服与AChE的高成本和稳定性相关的挑战提供了有价值的见解和参考，为开发更可靠、更有效的工业酶制剂和生物传感器提供了更多可能。
余晓斌教授为论文的通讯作者，我校2021级博士生姜烁琦为第一作者。上述研究得到了轻工业技术与工程国家一级学科计划（LITE2018-11）和2023年度工业生物技术教育部重点实验开放课题项目（KLIB-KF202301）等资助。
近年来余晓斌教授团队在微生物发酵技术、酶技术研究开发大健康产品，人工智能技术辅助酶理性设计和改造，挖掘开发新功能性天然健康因子，致力于保健食品普通食品化创新性研究方面取得丰硕成果，相关研究成果已发表在Food Bioscience (2024)、LWT (2024)、Journal of the Science of Food and Agriculture (2024)、Current Research in Food Science (2024)、Molecular Catalysis (2024)、Journal of Agricultural and Food Chemistry (2023)、Carbohydrate Polymers (2023)、Applied Microbiology and Biotechnology (2023)等本领域权威期刊。
