综述：集成天冬酰胺酶的研究及其在生物医学和食品安全中的应用：从蛋白质工程到AlphaFold引导的寡聚化预测

《Systems Microbiology and Biomanufacturing》：Integrated asparaginase development for biomedicine and food safety: from protein engineering to AlphaFold-guided oligomerization prediction

摘要

天冬酰胺酶（ASNase）是一种能够将L-天冬酰胺水解为L-天冬氨酸和氨的酶，在生物医学和食品安全领域发挥着至关重要的作用。在临床上，ASNase是治疗急性淋巴细胞白血病（ALL）的核心疗法；而在食品工业中，它被广泛用于减少丙烯酰胺的生成，从而降低神经毒性和致癌风险，同时不损害产品质量。然而，尽管在将ASNase用于癌症治疗和食品安全方面取得了独立进展，但仍缺乏一个综合的优化策略。由于这两种应用都依赖于相同的催化机制，需要良好的生化特性（如K_m、K_cat、V_max和半衰期），并且都面临着重要的生产安全问题，因此可以开发一种双用途酶来满足这两种需求。本文通过提出一个综合框架来弥补这一发展空白，该框架将两种应用的结构-功能分析及蛋白质工程策略结合起来，从生物信息学评估开始，实现高效且节省成本的工作流程。最终，本文概述了设计出具有增强催化效率、稳定性和可重复使用性的ASNase变体的策略，并降低其谷氨酰胺酶的共活性和免疫原性。本文评估了多种新兴方法，包括人源化设计、理性工程、基于AlphaFold 3的结构预测和二聚化预测以及封装技术，同时还介绍了先进的发酵平台以实现经济高效的大规模生产。通过评估酶活力、结构-功能关系、免疫原性和工业可行性之间的相关性，这项多学科研究整合了生物工程、计算建模和发酵开发技术，为未来ASNase在医疗保健和食品工业中的应用创新提供了指导。

图形摘要