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人工智能首次设计出工业菌株最新发现与创新
来源:科技日报 发布时间:2018-06-06

人工智能会给生物行业带来什么变化?中国科学院微生物研究所吴边团队在该领域率先取得突破,通过智能计算技术,创造出自然界中不存在的生物催化反应类型,并在世界上首次通过计算指导完成工业级菌株的构建。该项成果在线发表于国际著名期刊《自然·化学生物学》。

“蛋白质的结构和折叠方式数据量非常大,以前只能通过实验室进行筛选,现在人工智能计算技术介入后能快速大量处理数据。”论文通讯作者、中科院微生物所研究员吴边说,2017年,美国化学会将人工智能设计新型蛋白质结构列为年度八大科学突破之首。

如果把工业菌株比作一辆车,酶蛋白就是其核心发动机。研究人员在对天冬氨酸酶分子重设计后,成功获得一系列具有绝对位置选择性与立体选择性的人工β-氨基酸合成酶。随后,团队将非天然酶整合入大肠杆菌中,构建出可高效合成β-氨基酸的工程菌株。

“β-内酰胺抗生素、紫杉醇(抗癌药物)、西格列汀(糖尿病药物)等多种具有巨大市场销售额的明星分子,均需要β-氨基酸作为合成单元。”吴边告诉科技日报记者,β-氨基酸的合成长期以来依赖过渡金属催化的化学途径,需要昂贵的催化剂、苛刻的反应条件等。

吴边说,通过发酵工艺优化与转化工艺优化,该生物催化体系可在温和条件下利用廉价易得的烯酸类原料及氨水,一步实现相应β-氨基酸的合成,而且成本可下降50%—90%。

据介绍,该项技术已完成中试与全尺寸生产工艺验证,产品潜在市场预计超30亿元,有望在紫杉醇、度鲁特韦与马拉维若等抗癌与艾滋病治疗药物的生产过程中大幅降低生产成本。


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