123新型稀缺酶資源研發(fā)體系創(chuàng)建及其在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用

1、2019年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)提名公示材料項(xiàng)目名稱 新型稀缺酶資源研發(fā)體系創(chuàng)建及其在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用提名單位 教育部提名意見（不超過600字）該項(xiàng)目創(chuàng)新集成DNA-shuffling和宏基因組技術(shù)，構(gòu)建庫容龐大、 生物多樣性豐富的酶庫，包含酯酶、脂肪酶、醛縮酶、糖苷酶及D-乳酸 脫氫酶等450多種新酶。創(chuàng)建基于結(jié)構(gòu)生物學(xué)和計(jì)算化學(xué)的酶工程迭代 優(yōu)化方法，三維固酶限域空間、超低溫微波輔助和多酶微膠囊等酶固定 化新技術(shù)。應(yīng)用于天然6-胡蘿卜素、

2、番茄紅素、葉黃素、他汀類藥物側(cè) 鏈等醫(yī)藥中間體等綠色生產(chǎn)工藝。創(chuàng)建應(yīng)用于癌癥、藥物成癮、糖尿病 等重大疾病診治新酶技術(shù)。研發(fā)第一個(gè)用于治療成癮的長(zhǎng)效可卡因水解 酶。創(chuàng)建葡萄糖氧化酶三維固酶植入式血糖傳感器，為糖尿病人連續(xù)血 糖檢測(cè)提供新技術(shù)。上述成果獲授權(quán)發(fā)明專利17項(xiàng)；發(fā)表SCI論文56 篇，包括 PNAS、Nat Commun、及 Nucleic Acids Research 等期刊，總 影響因子大于220，他引1000多次；制定行

3、業(yè)標(biāo)準(zhǔn)9項(xiàng)。成果應(yīng)用后近 五年新增銷售額64億、利潤(rùn)3億、納稅超5億元，降低能耗和生產(chǎn)成本 60%、降低有機(jī)溶劑單耗50%以上、降低反應(yīng)廢水量90%，取得顯著的社 會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。以桑國(guó)衛(wèi)、陳凱先、魏于全、楊寶峰、王廣基等七 位院士為該成果評(píng)價(jià)委員會(huì)委員，認(rèn)為“該研究成果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)、國(guó) 內(nèi)領(lǐng)先水平”。該成果于2018年獲教育部科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。對(duì)照國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)授獎(jiǎng)條件，我部決定提名該項(xiàng)目為2019年度國(guó) 家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。項(xiàng)目簡(jiǎn)介

4、醫(yī)藥中間體酶法綠色合成工藝對(duì)解決嚴(yán)重的化學(xué)合成環(huán)境污染問 題、降低成本及能耗、實(shí)現(xiàn)醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)及可持續(xù)發(fā)展具有重要意 義。另外，酶在癌癥、糖尿病、藥物成癮等重大疾病診治具有重要價(jià)值。 但酶存在來源局限、催化活性低和穩(wěn)定性差等具有挑戰(zhàn)性的難題。項(xiàng)目 組在國(guó)家自然科學(xué)基金及省市科研基金支持下，聚焦上述難題經(jīng)過十多 年研究取得系列創(chuàng)新成果如下。1. 創(chuàng)新集成DNA-shuffling和宏基因組技術(shù)，創(chuàng)建稀缺酶資源研發(fā) 體系，基于極端環(huán)境來

5、源微生物樣本構(gòu)建庫容龐大、生物多樣性豐富的 酶庫，研發(fā)了多種新型工業(yè)用酶和診治酶制劑。項(xiàng)目組首次報(bào)道將宏基 因組豐富的基因資源與酶分子改造的有力工具DNA-shuffling進(jìn)行創(chuàng)新 性集成，構(gòu)建總庫容為4X101Cbp的宏基因組文庫。構(gòu)建新型酶庫，包 含酯酶、脂肪酶、醛縮酶、烯還原酶、糖苷酶、D-乳酸脫氫酶、月青水解 酶、酮還原酶及葡萄糖氧化酶等450多種新酶。2、 創(chuàng)建基于結(jié)構(gòu)生物學(xué)和計(jì)算化學(xué)的酶工程迭代優(yōu)化方法，設(shè)計(jì)并(1)中國(guó)醫(yī)

6、藥生物技術(shù)協(xié)會(huì)組織桑國(guó)衛(wèi)院士、陳凱先院士、魏于全 院士、楊寶峰院士、王廣基院士、樊代明院士、孫漢董院士為該科技成 果評(píng)價(jià)委員會(huì)，委員會(huì)對(duì)本項(xiàng)目的綜合評(píng)分為95分，認(rèn)為“該研究成果 達(dá)到國(guó)際先進(jìn)、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平”。(附件7.19-7.23)“該項(xiàng)目歷經(jīng)十余年研究，圍繞新型稀缺酶資源研發(fā)技術(shù)體系創(chuàng)建 及其在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用，創(chuàng)建新型宏基因組技術(shù)、連續(xù)定向進(jìn)化技術(shù)、超 低溫微波固定、多酶微膠囊、三維固酶限域空間、酶工程迭代優(yōu)化等創(chuàng) 新技術(shù)，發(fā)現(xiàn)和改

7、造了 300多種宏基因組來源的新酶如(R)/(S)-酮還原 酶、葡萄糖脫氫酶、葡萄糖氧化酶、醛縮酶、酯酶和糖基轉(zhuǎn)移酶等，創(chuàng) 建高穩(wěn)定性、高酶活的新型固定化酶制劑，研發(fā)多酶催化體系，并將其 應(yīng)用于多項(xiàng)手性醫(yī)藥中間體，如他汀類藥物共用手性側(cè)鏈及(R)/(S)-4- 氯-3-羥基丁酸乙酯等的綠色化學(xué)工藝和新型抗癌藥物欖香烯糖苷修飾 等領(lǐng)域。發(fā)現(xiàn)并改造的新型酯酶用于定向改性植物油脂，將其用于天然 B胡蘿卜素和番茄紅素發(fā)酵生產(chǎn)工藝，取得了重大的經(jīng)

8、濟(jì)效益，社會(huì)效 益和環(huán)保效益。成功研發(fā)第一個(gè)長(zhǎng)效可卡因水解酶，將其用于可卡因戒 癮和中毒治療，實(shí)現(xiàn)該領(lǐng)域重要突破。創(chuàng)建新型三維固酶(葡萄糖氧化 酶)連續(xù)血糖傳感器，為糖尿病人實(shí)時(shí)無線在體血糖監(jiān)測(cè)及個(gè)性化治療 奠定了技術(shù)支撐。研究成果具有創(chuàng)新性、科學(xué)性、先進(jìn)性及重要應(yīng)用價(jià) 值，為稀缺酶資源研發(fā)及其在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和示范。 該研究成果達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平?！?2)浙江省重大科技專項(xiàng)驗(yàn)收意見認(rèn)為本項(xiàng)目研究學(xué)術(shù)水平達(dá)到國(guó)

9、內(nèi)同類研究領(lǐng)先水平。(附件7.16)“項(xiàng)目利用先進(jìn)的分子生物學(xué)技術(shù)，獲得了催化合成第三代他汀類 藥物側(cè)鏈的關(guān)鍵催化劑醛縮酶。形成了具有30種不同醛縮酶的酶庫，同 時(shí)還將此類酶成功應(yīng)用于他汀類藥物酶促合成工藝中。進(jìn)行科技成果的 產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化，有望取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?！?3) 杭州市重大科技創(chuàng)新專項(xiàng)驗(yàn)收意見認(rèn)為研究成果對(duì)醫(yī)藥化工產(chǎn) 業(yè)的綠色化學(xué)合成工藝革新，實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好型產(chǎn)業(yè)，起到良好的引領(lǐng)作 用。(附件7.17)“項(xiàng)目完成單位構(gòu)建

10、了國(guó)內(nèi)最大規(guī)模的宏基因組文庫和酶庫，構(gòu)建 了 3條具備良好示范效應(yīng)的酶法綠色化學(xué)醫(yī)藥中間體生產(chǎn)工藝。項(xiàng)目具 有較好的創(chuàng)新性，構(gòu)建的多條酶法催化工藝，在成本、能耗和有機(jī)溶劑 的使用量上，較原化學(xué)工藝均有較大改善，實(shí)現(xiàn)了具備較高顯示度的醫(yī) 藥中間體綠色化學(xué)合成工藝構(gòu)建，有望對(duì)杭州市及全國(guó)醫(yī)藥化工產(chǎn)業(yè)的 綠色化學(xué)合成工藝革新，實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好型產(chǎn)業(yè)，起到良好的引領(lǐng)作用。”(4) 項(xiàng)目研究成果得到歐美知名媒體的報(bào)道和高度評(píng)價(jià)。(附件7.24）Med