“雕琢”自然法宝 造超级生物催化剂 上海交大团队研发国产诊断酶远销海外｜ 科创上
图片说明：上海交通大学生命科学与技术学院院长冯岩教授 来源/受访者供图（下同）
生物体内各种物质和能量的转化都离不开“超级催化剂”——酶。 它们是“低功耗办大事”的天然法宝。 如果大自然的这份恩赐能够用来改善人类的社会生活，那就可以带来更绿色、更经济、更健康的生产方式。 2022年度上海市技术发明奖一等奖获得者、上海交通大学生命科学与技术学院院长冯岩教授团队长期致力于分子酶学和合成生物学领域的研究。 从微生物新功能酶的发现和分子进化规律解析，在催化体系构建和产业化应用方面取得的成果达到国际先进水平，创造了数百种具有自主知识产权的生物医药专用酶制剂，解决了我国生物医药专用酶制剂长期依赖进口的问题。
图片说明：冯艳教授团队
“天然法宝”的改造
想要取出“生物工厂”中的法宝并使其发挥作用，并不容易。 “生物酶是为了机体的生存需要而生的，当它们被带到体外时，与母体分离后很容易失去活性。” 冯岩教授解释说，为了让生物酶在外界环境中保持活性并实现催化合成功能，团队进行分子修饰，改变其基因组成，使其产生新的蛋白质结构，从而能够稳定生存和生存。同时发挥有益的功能。 可应用于现代医学诊疗、食品生产加工等领域。
“多年来，大家不断了解生物酶的自然奥秘，然后利用学到的机制和规律开始设计新的生物酶。” 冯岩提到，结构生物学、生物信息学、微流控纳米技术等多个学科的交叉合作加速了该领域的发展。 “在新筛选技术的支持下，创造新酶的时间可以从过去的‘年’缩短到现在的‘月’；多学科整合技术还可以实现酶分子更快的转化，为行业带来更多效益。影响很大。”
图注：冯艳教授团队实验室
国产诊断酶做出巨大贡献
诊断酶是生物酶的一大应用，是诊断试剂的核心原材料。 他们曾经严重依赖进口，这使得检测成本居高不下。 COVID-19疫情之初，COVID-19核酸诊断试剂所需的蛋白酶K等核心原材料被欧美国家列为战略防控物资，供应中断。 诊断酶制剂的国产化和应用已成为我国突破国外垄断和限制的迫切战略需要。
在国家自然科学基金、“973”计划等项目的支持下，冯艳团队研发了酶分子进化工程技术体系，形成了快速性能修饰、高质量的酶制备工艺和诊断酶生物技术，尤其是 COVID-19 诊断酶。 检测应用关键技术等重要发明； 发明了新型核酸酶-等温扩增耦合病毒检测技术，将新型冠状病毒的检测时间缩短至30分钟，并实现单酶同时检测多种病毒，突破国际上对新型检测方法的技术垄断。
此外，团队发明了一系列酶分子设计和修饰的平台技术，大大缩短了蛋白酶K等性能修饰的研发周期。酶活性和稳定性均达到国际先进水平，这该技术已用于数十种诊断酶。 “基于团队早期深入的科研和扎实的技术储备，我们与企业合作发明了大规模发酵和纯化技术，让蛋白酶K等诊断酶实现了稳定高产，且成本大幅降低”冯岩教授透露，“目前，我们生产的蛋白酶K产品还出口到亚洲、欧洲、美洲等国家，这说明产品质量得到了国际认可。
图片说明：相关成果在企业转化
着力培养复合型人才推动转型
从研究酶的结构和功能并实现分子修饰，到研究催化过程以控制反应条件，再到扩大生产中的工程控制，团队涉及该领域的所有上下游环节。 在冯艳教授的团队中，每位研究生在不同方面各司其职，深入开展工作。 同时，通过小组会议“头脑风暴”，整合不同观点解决问题。 “未来的生物技术涉及方方面面，科学思维的训练对学生来说非常重要，而发现问题、解决问题的能力的培养是核心。”冯艳教授说。
蛋白酶K可以快速从大学实验室转移到工厂车间，为人们的健康服务。 除了冯艳团队长期积累的科研成果外，还得益于团队在成果转化方面的积极努力。 冯岩教授表示：“成果转化的关键在于科研团队能够将实验室技术与工业实践对接。我很高兴我们团队中的一些后辈创建了公司并投入市场。” 目前，我们已合作建立酶原料和病毒的产业化。 两家公司涉及的新型检测技术不仅对应了科研团队的储备技术方向，而且覆盖了生物酶产业应用链的多个环节。
本文受上海市2023年“科技创新行动计划”科普专项项目资助。
新民晚报记者 易蓉