人工酶与定向进化的前沿与挑战

 定向进化是在实验室环境中，在分子水平上模拟进化过程，得到具有期望特征的蛋白质的方法，目前已成为蛋白质设计改造的重要方法。定向进化不仅可以用于天然蛋白质的改造，也可以通过改造现有的酶，使其具有新的催化活性，从而构建人工酶。本文重点介绍工业生物催化、纳米酶设计和光催化3个方向的前沿成果，并讨论人工酶与定向进化领域存在的挑战和问题。     

酶体外定向进化(Ⅱ)文库筛选的方法及其应用

定向进化是改造蛋白质分子的一种有效的新策略,但其构建的文库非常大,待筛选的克隆常常多达10^5～10^10．同时在目的酶筛选中,至关重要的是找到高灵敏度、高选择性和高通量的筛选方法．居于此,文中综合评述在突变株分离、酶检测和信号探测等方面,目前的一些常用技术及其最新进展．     

酶体外定向进化(Ⅲ)展示技术及其应用

利用展示技术构建的蛋白质／多肽的突变体库，可以通过高通量进行高效地分析和筛选，因此特别适用于改造蛋白质．文中综述噬菌体、细胞表面、核糖体、mRNA等展示技术的原理和方法，以及其在酶定向进化中的应用．     

用体外定向进化的方法对EPSPS合酶基因草苷膦抗性机制的研究

为了寻找EPSP合酶中某些与草苷膦抗性相关的位点，利用体外定向进化技术，对可变盐单胞菌HT7的EPSP合酶基因，荧光假单胞菌G2的EPSP合酶基因以及按植物偏爱密码子合成G2的EPSP合酶基因，进行DNA shuffling，通过EPSP合酶缺陷型菌株E.coil ER2799的功能互补筛选，获得了7个草苷膦抗性有较大变化的EPSP合酶突变体.     

当代的生命科学研究

论述了生命科学研究取得的新成果,包括植物基因工程、克隆技术研究、基因工程药物开发以及生物技术促成的定向进化开发,对这些成果进行了评论并展示了其未来的发展.     

海洋极端微生物和极端酶分子生物学研究

分离自海洋极端微生物的极端酶具有超常的生物学稳定性，能够在极端温度、pH值、压力和离子强度下表现出生物学活性，因此海洋极端酶为生物催化和生物转化提供了良机。新的极端物种的发现、基因组序列的确定及基因工程技术的应用，加快了发现和制各新酶的进程。蛋白质工程和定向进化技术进一步改善酶的活性和特异性，促进了海洋极端酶的工业应用。对极端酶的分子生物学研究加深了人们对酶稳定性机制的理解，丰富了分子进化理论。     

酶改性技术研究

酶具有催化效率高、催化专一性强等显著特点,然而,酶的活力和稳定性往往不能满足应用的要求.为了改进酶的催化特性,笔者及其所在课题组20多年来长期进行酶分子修饰、酶固定化、酶非水相催化、酶定向进化等酶改性技术的研究,发现通过酶的改性,可以显著改进酶活力和稳定性.文中对笔者及其所在课题组在酶改性技术方面的研究成果和进展作了介绍.     

有机合成中脂肪酶对映体选择性的调控研究进展

脂肪酶是不对称合成中一种常用的手性催化剂。当前对高对映体纯物质的需求越来越大,这就对催化剂提出了更高的要求。文章讨论了调控脂肪酶对映体选择性的几种方法:反应介质工程、底物分子工程、酶分子修饰和定向进化。这几种方法的研究不仅使改善催化剂的对映体选择性成为可能,还有助于深化酶对对映体选择催化机理的认识。     

基于改进进化算法的无人机航迹规划

基于进化算法的无人机航迹规划已经得到了广泛的研究;但是由于其进化算子的多样化,还存在许多不足之处。针对现有进化算法的缺点引入一种新的坐标系,提出了一种定向进化策略,使每个航迹点根据具体情况进行定向变异。为了测试改进算法在航迹规划中的避障能力,进行了一系列的仿真实验。仿真结果表明基于改进进化算子的进化算法在无人机航迹规划应用中具有很大的优越性。