1.成果介绍

酶蛋白作为天然的生物催化剂，在工业、农业、环保等领域具有巨大的应用价值和良好的发展前景。然而许多酶蛋白稳定性差，在异源表达系统中的表达量低，严重制约了其进一步的生产与应用。

传统的方法主要是通过定向进化技术(Directed Evolution)来筛选获得稳定性得到提高并高效表达的突变体。该技术是由2018年诺贝尔科学家Frances H. Arnold于上世纪90年代提出。它主要是通过在实验室中模拟自然界的进化过程，首先构建突变文库，然后再根据特定的改造目的，筛选出有价值的突变体。体外定向进化的方法虽然不需要考虑蛋白质结构功能之间的关系，但是需要构建大规模的突变体库，并需要建立灵敏有效的高通量筛选方法，对库容量巨大的突变体库进行筛选，往往会耗费大量的人力、物力及财力。

死而近年来随着多组学、合成生物学及系统生物学等学科的进步，给人类提供了海量的基因数据。而人工智能和大数据分析技术又给人类带来了高通量的基因挖掘和模型构建的机遇。本研究团队通过系统研究基因序列、结构与其性质和功能的关系，构建了相关人工智能模型来对蛋白质进行重新优化与设计，分别建立了提高基因在异源表达系统中的表达表达量和蛋白质稳定性的分子改良策略，基于这些策略提升了漆酶在大肠杆菌中的可溶性表达量、对低温淀粉酶（图1）、壳聚糖酶（图2）、有机磷水解酶进行设计大幅度提升了其稳定性，这些方法与策略为蛋白质的高效绿色生产及其产业化应用奠定基础。

图.构建突变体提高低温淀粉酶的稳定性

图.构建多位点突变体提升壳聚糖酶的稳定性

2.研发背景及市场应用前景

酶蛋白的智能分子设计技术是整合现代人工智能、分子生物学、合成生物学等前沿学科中的研究方法，对蛋白质进行全新优化与设计的新技术，是使酶蛋白变成酶产品的关键与核心技术。本研究正是基于该应用及理论研究的需求，在中国农业科学院创新工程、国家自然科学基金以及国家“863”计划等相关项目的资助下，开展了相关的研究工作，并建立了专门的用于提升蛋白稳定性及异源表达量的智能设计方法，该技术可应用于有蛋白质分子改造需求的企业以及相关科研机构等。

3. 成熟度：可直接应用

4. 技术水平：国际先进

5. 获得的知识产权情况

（1）基于密码子关联分析的密码子优化系统V1.0，2016年获得计算机软件著作权，登记号：2016SR103338。

（2）初晓宇，伍宁丰，王平，罗晓亮，田健；蛋白质的定向进化方法及所获得的耐热高效甲基对硫磷水解杂合酶，中国发明专利，专利号ZL2016109507788，授权时间2020年4月28日。