基于计算理性设计的刺桐环氧水解酶工程化改造：提升催化活性与热稳定性实现高效(R)-苯乙烯氧化物生产

为解决(R)-苯乙烯氧化物((R)-SO)对映选择性合成的工业难题，研究人员通过整合同源建模、分子动力学(MD)模拟和机器学习技术，对刺桐(Spatholobus suberectus)环氧水解酶(SsEH)进行理性设计。获得的五重突变体SsEH-M5催化活性提升17倍，热稳定性提高2.1倍，在3500L生物反应器中实现60g/L外消旋底物的高效转化，产物对映体过量值(ee)>99.5%。该研究为手性药物中间体的绿色制造提供了创新解决方案。

　　

在制药和化工领域具有高价值的(R)-苯乙烯氧化物((R)-SO)，其高效对映选择性合成一直面临重大挑战。针对刺桐(Spatholobus suberectus)来源的环氧水解酶(SsEH)存在的催化活性和热稳定性缺陷，研究团队开创性地采用计算生物学驱动的蛋白质工程策略。

通过同源建模构建酶三维结构，结合分子动力学(MD)模拟分析关键构象变化，并引入机器学习算法预测潜在热点突变。这种多尺度计算方案成功指导构建了包含His41Arg/Thr71Val/Lys117Leu/Leu187Phe/Ser244Ala五个关键位点的突变体SsEH-M5。令人振奋的是，该变体不仅催化效率(k_cat/K_m)较野生型提升17倍，35℃下的半衰期更延长2.1倍。

晶体结构解析揭示了性能提升的分子机制：Arg41与Tyr216-Asp212-His38形成新的氢键网络显著稳定蛋白结构，而疏水核心的Leu117/Phe187重组则优化了底物结合口袋的立体构型。在放大实验中，仅需2.5g/L干细胞重量(DCW)的全细胞催化剂，即可在工业级3500L反应器中高效转化60g/L外消旋底物，获得ee值>99.5%的(R)-SO和>96.0%ee的(R)-1-苯基-1,2-乙二醇。这项研究完美诠释了计算生物学与酶工程技术的协同创新，为手性中间体的绿色制造树立了新标杆。