基于预反应态模型的生物合成关键酶设计和应用

批准号:
31970041
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
赵一雷
依托单位:
学科分类:
微生物生理与生化
结题年份:
2023
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
赵一雷
国基评审专家1V1指导 中标率高出同行96.8%
结合最新热点,提供专业选题建议
深度指导申报书撰写,确保创新可行
指导项目中标800+,快速提高中标率
微信扫码咨询
中文摘要
微生物生物合成中常用跨物种酶来重构特定代谢途径并采用定向进化策略获得大量突变体,巨量的实验数据迫使蛋白质分子设计技术亟待突破:1)如何在分子水平上快速整合高通量实验平台所获得海量突变体的酶催化效率实验数据?特别是如何理解远离酶催化中心的氨基酸残基突变效应?2) 如何突破人工进化技术的实验瓶颈,开展全局突变甚至多点组合突变推进酶分子的高效优化?3) 能否在人工进化的基础上,从反应机制上拓新底物谱,从头设计全新的酶催化反应?本项目拟利用申请人课题组前期开发的PRS预反应态模型,运用量子力学、分子动力学和QM/MM等多层次计算化学方法系统深入地阐明聚酮合酶中硫酯酶的全局突变效应和底物多样性问题,特别是在电子结构、原子和分子的微观水平上重现和突破匹马霉素硫酯酶的底物识别机制,以期在此基础上实现羧基甲基化新代谢产物的高效生物合成。
英文摘要
In microbial biosynthesis, cross-species enzymes are commonly used to reconstruct specific metabolic pathways and then adopt directed evolution strategy to obtain a large number of mutants. The huge amount of experimental data pushes protein molecular design techniques to a new frontier requirement: 1) How to quickly integrate catalytic efficiency of massive mutants obtained from the high-throughput platform? In particular, how to understand mutation effects of amino acid residues far away from its catalytic site? 2) How to break through the experimental bottleneck of artificial evolution, and carry out a global mutation or even multi-points combinated mutation to further promote enzyme efficiency? 3) Can we develop a brand-new substrate based on catalytic mechanism with big data from artificial evolution and de novo design an enzyme for a unnatural chemical reaction? This project intends to employ the pre-reaction state (PRS) model that was developed by our group, using the multi-level computational chemistry method such as quantum mechanics, molecular dynamics and QM/MM to clarify the global mutation effect and substrate diversity of PKS thioesterase. In particular, we will illustrate molecular recognition mechanism of pimaricin thioesterase in polyketide synthase at the microscopic level of electronic, atomic and molecular levels. On this basis, more efficient biosynthesis will be realized for new drugable metabolites such as decarboxylated methyl compounds.
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2022.101128
发表时间:2022
期刊:Cell Reports Physical Science
影响因子:8.9
作者:Luo Shenggan;Liu Lanxuan;Lyu Chu-Jun;Sim Byuri;Liu Yihan;Gong Haifan;Nie Yao;Zhao Yi-Lei
通讯作者:Zhao Yi-Lei
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.macromol.2c00971
发表时间:2022
期刊:Macromolecules
影响因子:5.5
作者:Hu Han;Li Jiayi;Wang Qianfeng;Ouyang Xingyu;Wang Jinggang;Zhao Yi-Lei;Kang Cheng;Zhang Ruoyu;Zhu Jin
通讯作者:Zhu Jin
DOI:https://doi.org/10.1016/j.checat.2022.11.019
发表时间:2023
期刊:Chem Catalysis
影响因子:--
作者:Xingyu Ouyang;Gongquan Liu;Shunjia Ji;Shenggan Luo;Ting Shi;Ping Xu;Yi-Lei Zhao;Hongzhi Tang
通讯作者:Hongzhi Tang
DOI:DOI: 10.1073/pnas.2119032119
发表时间:2022
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences
影响因子:--
作者:Huang Qiang;Lee Ga Young;Li Jiayi;Wang Chuan;Zhao Rosalinda L;Deng Zixin;Houk K N;Zhao Yi-Lei
通讯作者:Zhao Yi-Lei
DOI:DOI: 10.12211/2096-8280.2021-013
发表时间:2022
期刊:合成生物学
影响因子:--
作者:SIM Byuri;赵一雷
通讯作者:赵一雷
生物合成中多氧杂HDA多功能酶AbxF催化机制的多尺度理论计算与模拟
- 批准号:--
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2025
- 负责人:赵一雷
- 依托单位:
DNA磷硫酰化修饰中分子识别及其抗氧化机理研究
- 批准号:31770070
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:64.0万元
- 批准年份:2017
- 负责人:赵一雷
- 依托单位:
漆酶介体体系(LMS)中活性物质的形成与演化分子机理
- 批准号:21377085
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:82.0万元
- 批准年份:2013
- 负责人:赵一雷
- 依托单位:
国内基金
海外基金
