123新型稀缺酶資源研發(fā)體系創(chuàng)建及其在醫(yī)藥領域應用

1、2019年度國家科學技術進步獎提名公示材料項目名稱 新型稀缺酶資源研發(fā)體系創(chuàng)建及其在醫(yī)藥領域應用提名單位 教育部提名意見（不超過600字）該項目創(chuàng)新集成DNA-shuffling和宏基因組技術，構建庫容龐大、 生物多樣性豐富的酶庫，包含酯酶、脂肪酶、醛縮酶、糖苷酶及D-乳酸 脫氫酶等450多種新酶。創(chuàng)建基于結構生物學和計算化學的酶工程迭代 優(yōu)化方法，三維固酶限域空間、超低溫微波輔助和多酶微膠囊等酶固定 化新技術。應用于天然6-胡蘿卜素、

2、番茄紅素、葉黃素、他汀類藥物側 鏈等醫(yī)藥中間體等綠色生產(chǎn)工藝。創(chuàng)建應用于癌癥、藥物成癮、糖尿病 等重大疾病診治新酶技術。研發(fā)第一個用于治療成癮的長效可卡因水解 酶。創(chuàng)建葡萄糖氧化酶三維固酶植入式血糖傳感器，為糖尿病人連續(xù)血 糖檢測提供新技術。上述成果獲授權發(fā)明專利17項；發(fā)表SCI論文56 篇，包括 PNAS、Nat Commun、及 Nucleic Acids Research 等期刊，總 影響因子大于220，他引1000多次；制定行

3、業(yè)標準9項。成果應用后近 五年新增銷售額64億、利潤3億、納稅超5億元，降低能耗和生產(chǎn)成本 60%、降低有機溶劑單耗50%以上、降低反應廢水量90%，取得顯著的社 會經(jīng)濟和環(huán)保效益。以桑國衛(wèi)、陳凱先、魏于全、楊寶峰、王廣基等七 位院士為該成果評價委員會委員，認為“該研究成果達到國際先進、國 內(nèi)領先水平”。該成果于2018年獲教育部科技進步一等獎。對照國家科技進步獎授獎條件，我部決定提名該項目為2019年度國 家科技進步獎二等獎。項目簡介

4、醫(yī)藥中間體酶法綠色合成工藝對解決嚴重的化學合成環(huán)境污染問 題、降低成本及能耗、實現(xiàn)醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)轉型升級及可持續(xù)發(fā)展具有重要意 義。另外，酶在癌癥、糖尿病、藥物成癮等重大疾病診治具有重要價值。 但酶存在來源局限、催化活性低和穩(wěn)定性差等具有挑戰(zhàn)性的難題。項目 組在國家自然科學基金及省市科研基金支持下，聚焦上述難題經(jīng)過十多 年研究取得系列創(chuàng)新成果如下。1. 創(chuàng)新集成DNA-shuffling和宏基因組技術，創(chuàng)建稀缺酶資源研發(fā) 體系，基于極端環(huán)境來

5、源微生物樣本構建庫容龐大、生物多樣性豐富的 酶庫，研發(fā)了多種新型工業(yè)用酶和診治酶制劑。項目組首次報道將宏基 因組豐富的基因資源與酶分子改造的有力工具DNA-shuffling進行創(chuàng)新 性集成，構建總庫容為4X101Cbp的宏基因組文庫。構建新型酶庫，包 含酯酶、脂肪酶、醛縮酶、烯還原酶、糖苷酶、D-乳酸脫氫酶、月青水解 酶、酮還原酶及葡萄糖氧化酶等450多種新酶。2、 創(chuàng)建基于結構生物學和計算化學的酶工程迭代優(yōu)化方法，設計并(1)中國醫(yī)

6、藥生物技術協(xié)會組織桑國衛(wèi)院士、陳凱先院士、魏于全 院士、楊寶峰院士、王廣基院士、樊代明院士、孫漢董院士為該科技成 果評價委員會，委員會對本項目的綜合評分為95分，認為“該研究成果 達到國際先進、國內(nèi)領先水平”。(附件7.19-7.23)“該項目歷經(jīng)十余年研究，圍繞新型稀缺酶資源研發(fā)技術體系創(chuàng)建 及其在醫(yī)藥領域應用，創(chuàng)建新型宏基因組技術、連續(xù)定向進化技術、超 低溫微波固定、多酶微膠囊、三維固酶限域空間、酶工程迭代優(yōu)化等創(chuàng) 新技術，發(fā)現(xiàn)和改

7、造了 300多種宏基因組來源的新酶如(R)/(S)-酮還原 酶、葡萄糖脫氫酶、葡萄糖氧化酶、醛縮酶、酯酶和糖基轉移酶等，創(chuàng) 建高穩(wěn)定性、高酶活的新型固定化酶制劑，研發(fā)多酶催化體系，并將其 應用于多項手性醫(yī)藥中間體，如他汀類藥物共用手性側鏈及(R)/(S)-4- 氯-3-羥基丁酸乙酯等的綠色化學工藝和新型抗癌藥物欖香烯糖苷修飾 等領域。發(fā)現(xiàn)并改造的新型酯酶用于定向改性植物油脂，將其用于天然 B胡蘿卜素和番茄紅素發(fā)酵生產(chǎn)工藝，取得了重大的經(jīng)

8、濟效益，社會效 益和環(huán)保效益。成功研發(fā)第一個長效可卡因水解酶，將其用于可卡因戒 癮和中毒治療，實現(xiàn)該領域重要突破。創(chuàng)建新型三維固酶(葡萄糖氧化 酶)連續(xù)血糖傳感器，為糖尿病人實時無線在體血糖監(jiān)測及個性化治療 奠定了技術支撐。研究成果具有創(chuàng)新性、科學性、先進性及重要應用價 值，為稀缺酶資源研發(fā)及其在醫(yī)藥領域應用提供了寶貴的經(jīng)驗和示范。 該研究成果達到了國際先進、國內(nèi)領先水平。”(2)浙江省重大科技專項驗收意見認為本項目研究學術水平達到國

9、內(nèi)同類研究領先水平。(附件7.16)“項目利用先進的分子生物學技術，獲得了催化合成第三代他汀類 藥物側鏈的關鍵催化劑醛縮酶。形成了具有30種不同醛縮酶的酶庫，同 時還將此類酶成功應用于他汀類藥物酶促合成工藝中。進行科技成果的 產(chǎn)業(yè)化轉化，有望取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。”(3) 杭州市重大科技創(chuàng)新專項驗收意見認為研究成果對醫(yī)藥化工產(chǎn) 業(yè)的綠色化學合成工藝革新，實現(xiàn)環(huán)境友好型產(chǎn)業(yè)，起到良好的引領作 用。(附件7.17)“項目完成單位構建

10、了國內(nèi)最大規(guī)模的宏基因組文庫和酶庫，構建 了 3條具備良好示范效應的酶法綠色化學醫(yī)藥中間體生產(chǎn)工藝。項目具 有較好的創(chuàng)新性，構建的多條酶法催化工藝，在成本、能耗和有機溶劑 的使用量上，較原化學工藝均有較大改善，實現(xiàn)了具備較高顯示度的醫(yī) 藥中間體綠色化學合成工藝構建，有望對杭州市及全國醫(yī)藥化工產(chǎn)業(yè)的 綠色化學合成工藝革新，實現(xiàn)環(huán)境友好型產(chǎn)業(yè)，起到良好的引領作用。”(4) 項目研究成果得到歐美知名媒體的報道和高度評價。(附件7.24）Med