极目新闻记者 李碗容

通讯员 高翔 王一迪

酶作为一种具有生物催化作用的蛋白质，几乎所有的生命活动都需要它的参与。9月23日，极目新闻记者从华中科技大学获悉，该校化学与化工学院钟芳锐、吴钰周教授团队在人工光酶催化领域取得重要研究进展。团队利用合成生物学前沿技术对蛋白进行了化学改造，引入了自然界不存在的光催化剂，创造了世界上首个能量转移作用机制的人工光酶。团队与西北大学陈希教授联合将这项研究成果在《自然》刊发。

团队合影

创造世界上首个能量转移作用机制的人工光酶

洗衣服主要靠酶实现去污；奶酪靠加入凝乳酶来使牛奶凝结；吃的食物也都是通过唾液、胃液中各种水解酶的作用来把淀粉、蛋白质等降解，才能被人体吸收的……酶在日常生活中更是随处可见， 然而这些酶是自然界中本来就有的，能够作用的对象也都是天然的油脂、淀粉、蛋白质等。在生产生活中，更多的合成化学品，如各种合成新材料、化学药品等，都无法通过酶来生产，也不能够被酶降解。

随着人们对生态环境和绿色可持续发展的重视，用更加贴进自然的酶来加工合成化学品、替代传统的高污染高能耗的化学生产方式，正在成为新的发展趋势。这就要求更多的酶能够适应非天然产品的合成和生产。

钟芳锐、吴钰周教授团队创造的世界上首个能量转移作用机制的人工光酶，突破了酶只能用于天然产物生产的局限性，使酶能够用于化学药物、新材料等更多非天然合成化学品的生产。人工光酶集成了化学催化剂的独特反应性和生物催化剂的专一选择性两者的优势，为解决手性光反应这一挑战性难题提供了一种全新的策略。

钟芳锐教授带学生做研究

将合成理念与生物机制相结合的研究方向，近年来也被认为是未来合成化学发展的重要趋势，正在受到越来越多的重视。“我国在这方面研究的起步虽然略晚于国际，但目前也有大量学者投入了相关研究并取得了一定成果，应该说已经可以和国际研究水平并驾齐驱。”钟芳锐教授对记者说道。

吴钰周补充介绍，开发具有非天然催化活性的酶是绿色生物制造产业能够从天然产物生产拓展到非天然化学品生产的关键。未来，越来越多的化学品将有望利用酶催化的方式来生产。绿色生物制造将成为未来化学工业发展的新趋势，对于我国走新型工业化道路，实现财富绿色增长和社会经济可持续发展具有重大战略意义。

85后教授带队向“无人区”进军

人工光酶的研究是一个典型的交叉学科，该研究成果的取得正是得益于吴钰周教授和钟芳锐教授不同学科背景的结合。吴钰周长期从事生物化学领域的研究，钟芳锐则聚焦有机化学领域。2015年和2016年，俩人先后来到华中科技大学任教。2019年，该交叉团队获批了国家重点研发计划“合成生物学”重点专项，集中精力在化学生物学和有机合成化学交叉领域进行探索。

“在筛选的初期，谁也不知道能否获得理想的酶。这考验着研究者是否有坚定的信念和抗压能力，只有长期坚持不懈的尝试和耐心细致的数据分析才能创造出最终理想的酶。”钟芳锐教授向记者介绍。

研究团队投入了多个研究小分队，分别构建了多个从理论模拟角度比较有希望的蛋白质，并基于实验室已经构建的大量光化学反应的底物库，对“种子选手”进行了大量的筛选。“创新是做科研必备的品质，要大胆去想，大胆去创造，去做从零到一的突破。”吴钰周说。

吴钰周教授带学生做研究

经过不断的探索，团队找到其中有希望的蛋白骨架和反应类型，但这只是“万里长征的第一步”。研究的另一个挑战在于打破学科边界的壁垒，该研究用到有机合成、基因工程、蛋白质工程、结构生物学和酶理论计算等多个学科的理论知识和技术方法。

团队在这一方面优势明显，该团队注重学生交叉学科能力的培养，招收的研究生具有不同学科的科研背景，学生们相互学习，扩宽知识储备。他们也为学生掌握交叉学科知识提供支持，多位学生曾到德国马普高分子所、中科院生物物理所等其他科研机构交流学习。研究过程中也积极与不同领域的科研工作者展开深入地合作。

吴钰周告诉记者，未来他们会继续在这一领域探索。一方面他们希望能拓展非天然酶的类型，适用于更多重要化学品的生物合成。另一方面希望推动非天然酶与生命体系中原有的天然机制相结合，构建具有非天然功能的生命体。同时，团队期望研究成果能够实现工业化运用，助力绿色生物制造。