上海有機所在生物合成快速手性分析篩選方面取得進展
高通量篩選是酶定向進化中的關鍵環(huán)節(jié)，尤其對于制備手性胺等藥物中間體的亞胺還原酶（IREDs）而言，其篩選效率直接決定了催化體系的開發(fā)速度。然而，傳統(tǒng)方法依賴繁瑣的衍生化與色譜檢測流程，難以滿足大規(guī)模、快速篩選的需求。
?近日，中國科學院上海有機化學研究所趙延川研究員與林亮研究員團隊在 ACS Central Science?期刊發(fā)表題為 “High-Throughput 19F NMR Chiral Analysis for Screening and Directed Evolution of Imine Reductases”的研究論文(ACS Cent. Sci.?2025, doi: 10.1021/acscentsci.5c00498）。該工作開發(fā)了一套基于19F核磁共振的高通量手性分析平臺，可以實現(xiàn)每天對1,000個酶催化反應樣本的對映體選擇性和轉化率的同步檢測，大幅提升了亞胺還原酶定向進化的效率。
中國科學院有機化學研究所趙延川研究團隊長期致力于含氟核磁共振探針及相關檢測技術的研發(fā) (Chem. Rev.?2019,?119; 195;?Chem. Rec. 2023, e202300031)。團隊發(fā)展了識別賦能色譜核磁檢測方法 (Recognition-Enabled Chromatographic NMR)，基于含氟探針與分析物動態(tài)相互作用產生的特征性氟譜信號，與分析物一一對應。這一檢測方法不僅可以用于高靈敏度復雜體系原位分析檢測 (Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202417112.), 也可以用于手性醇、胺、羧酸、腈等化合物的對映體組成分析及絕對構型判定 (Cell Rep. Phys. Sci.?2020, 1, 100100; JACS Au 2023,?3, 1348;?Anal. Chem.2024, 96, 730; Anal. Chem. 2024, 96, 1144; Anal. Chem. 2024, 96, 13551)。
在本工作中，研究團隊利用一種手性金屬鈀絡合物探針，通過其和手性胺可逆結合，產生特異性的氟譜信號實現(xiàn)手性區(qū)分檢測。由于核磁共振氟譜檢測具有操作簡單、分析快速、抗干擾能力強的優(yōu)勢，該方法可以避免復雜的樣品前處理和提純操作，對生物酶反應粗產物進行直接分析，顯著提升手性分析速度。該平臺已成功應用于酶的定向進化相關研究。以合成羅替高汀中間體為目標，研究團隊對134種IRED酶進行了初篩，獲得具有S-選擇性的IRED-195 (初始ee值為40%)。進一步通過對位點G248進行突變，其對映選擇性顯著提升，ee值達到90%。經兩輪定向進化優(yōu)化，最終獲得突變體IRED-195-R2，ee值進一步提升至99%，驗證了該體系在酶催化工藝開發(fā)中的應用潛力。
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圖：基于核磁共振氟譜的生物催化高通量手性檢測方法
該論文的共同第一作者是上海有機化學研究所的研究生宋書誠和王晨陽，通訊作者為趙延川研究員和林亮研究員。該研究工作得到了國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的支持。
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