生物催化在有机合成中的作用越来越重要，但通常受到酶底物范围和选择性的限制。开发生物催化的过程包括确定目标反应的初始酶，然后通过理性设计、定向进化或两者兼而有之进行优化。这些步骤耗时、资源密集，且需要超越典型有机化学的专业知识。因此，简化从酶鉴定到实施过程的有效策略对于扩大生物催化至关重要。

图片来源：J. Am. Chem. Soc.

最近， University of Michigan, Ann Arbor的Alison R. H. Narayan课题组提出了一种将生物信息学指导的酶挖掘和祖先序列重建（ASR）相结合的策略，以复活用于生物催化合成的酶。这项研究使用两种祖先酶实现了对映选择性合成氮杂菲酮天然产物：一种用于立体发散氧化脱芳烃的黄素依赖性单加氧酶（FDMO）和一种用于酶安装羟基酰化的底物选择性酰基转移酶（AT）。这种级联反应与已建立的化学酶途径立体互补，扩大了对映体线性三环氮杂菲酮的可获得性。

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通过利用FDMO和AT在氮杂菲酮生物合成途径中的共现和共同进化，确定了一种AT候选酶CazE，并通过ASR解决了其低溶解度和稳定性问题，获得了一种更易溶解、高稳定性、混杂和反应性更强的祖先AT（AncAT）。序列分析显示，AncAT是其后代的嵌合组合，其反应性增强可能是由于祖先的杂交性。

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通过底物的对接和分子动力学模拟表明，反应性最强的AncAT促进了底物之间的反应性几何结构。总之，生物信息学指导、基于ASR的方法可以广泛应用于靶向合成，减少开发生物催化步骤所需的时间，并有效地获得优质的生物催化剂。

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原文标题：Ancestral Sequence Reconstruction to Enable Biocatalytic Synthesis of Azaphilones

原文作者：Chang-Hwa Chiang, Ye Wang, Azam Hussain, Charles L. Brooks III,* and Alison R. H. Narayan*

https://doi.org/10.1021/jacs.4c08761