蛋白质工程和生物不对称催化研究组

组长：吴  胜 博士 副研究员

电话：010-64807417
E-mail: shengwu@im.ac.cn

研究方向：

1. 手性药物、农药及其中间体的生物合成与生物转化
2. 蛋白质的理性化设计和定向进化
3. 新酶的筛选，酶的分子识别和催化机理的研究
4. 新型手性生物材料的合成和开发

研究内容：

      组合理性化设计和定向进化对于快速高效地改造蛋白质（包括酶）具有重要的理论和实际意义。在具体的研究目标选择上，我对于创造理想的生物催化剂用于合成手性药物、农药及其中间体特别感兴趣。并在如何组合理性化设计和定向进化的方法学上做了一些有益的探索研究。

1. 通过对酶活性中心部位的loop区进行杂化(loop randomization)证明可以有效提高酶的活性和立体选择性，loop区特定位点上氨基酸分化设计是基于生物信息学分析同类酶在该位点所获取的进化信息。研究结果发表于英国皇家化学会的 Chem Commun 上。
2. 酶的活性中心对于底物的识别，结合和催化具有不言而喻的重要性。许多研究表明系统地突变组成酶底物结合口袋的氨基酸残基可以非常有效地改变酶的性质。而我在对phenylacetone monooxygenase （PAMO）的研究中发现，在酶活性中心外围（second sphere）处于特定位置上脯氨酸的突变，能够从根本上改变酶的立体选择性并极大地扩展酶的底物特异性。这一研究在方法学上有重要的创新，研究结果以全文的形式发表于美国化学会的J Am Chem Soc上。
3. 在对PAMO的进一步研究中发现，两个位于蛋白质表面氨基酸残基的突变诱发一种别构效应（allostery），导致整个蛋白质的骨架、辅因子的结合状态以及酶活性中心的构象发生很大的变化，进而极大地影响到酶的活性、底物特异性和立体选择性等方面的性质。这一研究结果有助于深入理解突变（mutation），蛋白质运动（protein motion）和催化(catalysis)之间的复杂关系，并为酶的进化研究提供了一种新的研究视角。研究结果发表于美国科学院院刊(Proc Natl Acad Sci USA) 。    

实验室成员：

课题组长

          吴  胜 ，博士、副研究员

学习和工作经历：

1998年毕业于沈阳药科大学微生物制药专业，获工学学士学位；
2001年毕业于沈阳药科大学微生物与生化药学专业，获理学硕士学位。
2006年毕业于中国科学院微生物研究所生物化学与分子生物学专业，获理学博士学位。
2006年9月-2009年9月在德国马普学会煤炭研究所Manfred T Reetz 教授课题组从事博士后研究工作。
2009年10月-2009年12月在中国科学院生物物理所工作，助理研究员。
2009年12月在中国科学院微生物研究所工作，青年课题组长，副研究员。

工作人员

王建军   助理研究员
闵   聪   项目聘用

代表性图片：

Fig 1. Improving the enzyme activity and enantioselectivity by Loop randomization. Loop 441-444 was close to the active site Arg 337 and selected to perform randomization for studying its functions. A greatly reduced amino acid alphabet was used in designing the amino acid divergence at each position.

Fig 2. Induced allostery via double mutations at positions 93 and 94 on the surface of phenylacetone monooxygenase (PAMO). Cartoon representation of the superimposed WT PAMO (Green) and mutant Gln93Asn/Pro94Asp (Blue) structures. (A) Average structures were obtained from the conformers of 1 ns of MD trajectory after 5 ns of equilibration. Productive MD simulations were run during 6 ns including coenzyme FAD and NADP⁺. Structural superposition was performed using FAD molecule and FAD-binding residues (residues within 3 Å) as anchor. It is possible to observe important backbone rotation especially in the NADP domain. (B) Details of the NADP⁺ binding, comparing WT PAMO (Green) and mutant Gln93Asn/Pro94Asp (Blue). Arg337 in the mutant shifts away from the flavin ring and does not show the H-bond present in the WT.

最近发表论文

1. Wu S, Acevedo-Cox JP, Reetz MT*. Induced allosteric communication in the directed evolution of an enantioselective Baeyer-Villiger monooxygenase, Proc Natl Acad Sci USA. 2010, 107：2775-2780
2. Reetz MT*, Wu S. Laboratory evolution of a robust and enantioselective Baeyer-Villiger monooxygenase for asymmetric catalysis. J Am Chem Soc. 2009, 131: 15424–15432.
3. Reetz MT*, Wu S.  Greatly reduced amino acid alphabets in directed evolution: making the right choice for saturation mutagenesis at homologous enzyme positions. Chem Commun. 2008, 43: 5499-5501.
4. Sanchis J, Fernández L, Carballeira JD, Drone J, Gumulya Y, Höbenreich H, Kahakeaw D, Kille S, Lohmer R, Peyralans JJ, Podtetenieff J, Prasad S, Soni P, Taglieber A, Wu S, Zilly FE, Reetz MT*. Improved PCR method for the creation of saturation mutagenesis libraries in directed evolution: application to difficult-to-amplify templates. Appl Microbiol Biotechnol. 2008, 81(2): 387-397.
5. Liu Y, Wu S, Wang JJ, Yang L, Sun WR*. Cloning, expression, purification, and characterization of a novel epoxide hydrolase from Aspergillus niger SQ-6. Protein Expr Purif. 2007, 53(2): 239-246.
6. 吴胜, 王建军, 杨柳, 孙万儒*. Sinorhizobium morelens S-5中N-氨甲酰基水解酶基因的克隆、表达和纯化. 微生物学报，2006, 46(4): 565-570.
7. Wu S, Liu Y, Zhao GG, Wang JJ, Sun WR*. Thermostable D-carbamoylase from Sinorhizobium morelens S-5: purification, characterization and gene expression in Escherichia coli. Biochimie. 2006, 88(3-4):237-244.
8. Liu Y, Sha Q, Wu S, Wang JJ, Yang L, Sun WR*. Enzymatic resolution of racemic phenyloxirane by a novel epoxide hydrolase from Aspergillus niger SQ-6 and its fed-batch fermentation. J Ind Microbiol Biotechnol. 2006, 33(4): 274-282.
9. Wu S, Yang L, Liu Y, Zhao GG, Wang JJ, Sun WR*, Enzymatic production of D-p-hydroxyphenylglycine from DL-5-p-hydroxyphenylhydantoin by Sinorhizobium morelens S-5, Enzyme Microb Technol, 2005, 36(4): 520-526.
10. Zhao GG, Wang JJ, Ma K, Yang L, Wu S, Liu Y, Sun WR*. Transformation of 2-aminoacetophenone to S-2-amino-1-phenylethanol by Arthrobacter sulfureus. Biotechnol Lett. 2004, 26(16):1255-1259.
11. Yan GH, Cheng S, Zhao GG, Wu S, Liu Y, Sun WR*. A single residual replacement improves the folding and stability of recombinant cassava hydroxynitrile lyase in E. coil. Biotechnol Lett. 2003, 25(13):1041-1047.
12. 夏焕章*, 吴胜. 黑暗链霉菌DNA转移系统的建立. 微生物学报. 2002, 42(2):181-185.
13. 吴胜，夏焕章*. 链霉菌基因转移的方法. 中国生物工程杂志. 2002, 22(1): 91-94.
14. 吴胜，夏焕章*. 程杉. 黑暗链霉菌原生质体制备、再生及其DNA转化条件的研究.  沈阳药科大学学报. 2001, 3: 213-216.