近期，我校生物工程学院罗玮教授团队在（半）理性改造增强3α-羟基类固醇脱氢酶的比酶活方面取得了重要进展，研究成果“Enhancing the specific activity of 3α-hydroxysteroid dehydrogenase through cross-regional combinatorial mutagenesis”正式发表于International Journal of Biological Macromolecules (中科院一区，Top，IF = 7.7)。
血清总胆汁酸水平是评估肝功能的关键指标，3α-羟基类固醇脱氢酶（3α-HSD）能催化胆汁酸中3α-碳位置的α-羟基团在氧化和还原形式之间的转换，被用作测量人血清总胆汁酸浓度的关键诊断酶，它通过与NAD+和NADH之间的相互转换耦合的反应进行。目前对3α-HSD催化机制的理解主要集中在活性中心内的催化三联体上，而较少关注该区域外的残基。活性口袋外的残基对酶催化的具体影响仍然很大程度上未被探索。目前用于临床诊断用的3α-HSD表现出较低的催化活性，导致其成本较高。
为了增强3α-HSD的酶活性，罗玮教授团队采用了半理性设计方法，对于活性位点口袋内的残基，通过比较它们与催化三联体的保守性水平，识别出相对非保守的氨基酸位置进行饱和诱变。对于活性位点口袋外的残基，在分子对接后进行了虚拟饱和诱变，并根据结合能计算选择突变进行实验验证。对于涉及底物结合的Loop区，利用深度学习工具预测kcat值进行预测分析，并通过湿实验进行了验证。通过饱和以及组合突变筛选突变位点，最终获得了一个高活性突变体，催化效率提升10倍，为降低3α-HSD在临床诊断中的应用成本奠定了坚实基础。同时，基于分子动力学模拟、QM/MM计算等策略，解析了3α-HSD酶活性提升的关键机制。
我校2021级硕士生马思其为第一作者，罗玮教授为论文的通讯作者。近年来，我校生物工程学院罗玮教授团队利用合成生物学技术在高附加值产品代谢工程、酶/蛋白质工程以及发酵工艺方面取得重要进展，相关成果陆续发表于International Journal of Biological Macromolecules（2024a、2024b）、Journal of Agricultural and Food Chemistry（2024a/b、2021）、Applied and Environmental Microbiology（2020a、2020b）、Molecular Catalysis（2022、2021）、Bioresource Technology（2018）等本领域权威期刊。
