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催化活性提升及作为酶基解毒剂应用取得重要进展，研究成果“Rational design to enhance the catalytic activity of acetylcholinesterase and mitigate trichlorfon toxicity in vitro”正式发表于International Journal of Biological Macromolecules (IF = 7.7) (https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.138001)。
有机磷农药敌百虫（TCF）及其代谢物敌敌畏在施用过程中可能导致环境中的积累，进而抑制非目标生物的乙酰胆碱酯酶（AChE），引发神经毒性和生物安全风险。与传统药物治疗相比，酶替代治疗具有显著优势，可在减少药物副作用的同时提供更有效的医疗策略。通过外源AChE的介入，可实现有机磷化合物的直接清除，从而减轻毒性和副作用。该研究旨在为开发更有效的生物清除剂提供新的思路，探索催化效率和酶介导的毒素保护的分子机制。
在这项研究中，通过合理设计成功探索了提高C. pipiens AChE催化活性并减轻TCF诱导细胞毒性的潜力。分子动力学模拟和结构特征分析得到的突变体M5（I198M/Y249F）通过重塑活性口袋，提高了催化效率并保持了热稳定性。MM/GBSA值的降低证实了M5底物亲和力的增加。此外，应用外源M5成功补偿了TCF暴露导致的NIH/3T3细胞AChE活性损失，减轻了ROS积累和细胞凋亡。动力学模拟表明，TCF和M5之间的稳定相互作用促进了M5的替代性消耗，有效中和了有机磷农药的生物毒性。
本研究将计算机辅助酶设计与酶替代疗法相结合，展示了通过重塑底物结合口袋的AChE突变体M5在保持热稳定性、增强催化活性和减轻TCF诱导细胞毒性方面的潜力。结果表明，M5可作为一种有效的有机磷农药暴露酶基解毒剂，为减轻此类化合物对非目标生物的不利影响提供了有效策略。
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。上述研究得到了江苏省研究生科研与实践创新计划（KYCX24_2590）、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Science of The Total Environment (2024)、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。
