通过合理地筛选和改造独特的P450酶，实现了多种含有二聚色氨酸的二酮哌嗪生物碱的合成

《ACS Catalysis》：Rational Mining and Engineering of Unique P450 Enzymes Enable Production of Diverse Dimeric Tryptophan-Containing Diketopiperazine Alkaloids

三P450酶的理性挖掘与工程化改造扩大了DTDKP生物合成多样性，分子动力学揭示了关键残基突变对底物结合的影响机制，成功制备13种新同源体及46种异源二聚体。

　　

含有二聚色氨酸的二酮哌嗪（DTDKP）类生物碱具有独特的结构和良好的生物活性。细菌中的P450酶能够有效合成多种不对称的DTDKP，但其底物范围较窄，主要局限于小型含色氨酸的二酮哌嗪（TDKPs），这严重限制了其结构多样性。为了解决这一限制，通过基于近攻击构象（NAC）分析的基因组挖掘，发现了三种能够催化大体积底物（如环-l-Trp-l-Trp (cWW)）的P450 TDKP二聚酶：StsuP450、AcolP450和StnoP450。其中，StsuP450的选择性最高，因此对其进行了进一步的蛋白质工程改造。计算机分析表明，A398和W184是决定底物选择性的关键残基。在这些位点进行理性突变后，该酶对大体积和小体积TDKP的催化能力均得到了提升。分子动力学模拟揭示了A398F和W184F/L突变体通过改变结合口袋体积和诱导环状结构重排来调节底物结合的机制。利用这三种独特的P450酶及其突变体，我们合成了13种新的同源二聚DTDKP（其中13种的C3/N1-芳基连接方式各不相同），并生成了至少46种异源二聚体（其中5种的结构已得到明确鉴定）。这种理性的基因组挖掘和工程改造方法为未来酶的发现及有价值的天然产物的生物合成提供了重要指导。