近日，中國農(nóng)業(yè)科學院北京畜牧獸醫(yī)研究所姚斌院士團隊和中國農(nóng)業(yè)科學院生物技術研究所微生物蛋白設計與智造創(chuàng)新團隊合作，開發(fā)了基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡和分子進化分析，提高糖苷水解酶催化活性的新策略。相關研究成果發(fā)表在《科學通報 (Science Bulletin)》。
糖苷水解酶是降解多糖的主要酶系，在食品行業(yè)、飼料行業(yè)、農(nóng)副產(chǎn)品加工和農(nóng)副產(chǎn)品廢品降解等領域應用廣泛，具有重要的應用價值。市場對糖苷水解酶的需求量逐年增加，但提高糖苷水解酶的催化效率，發(fā)揮其最大催化潛力仍然是一個挑戰(zhàn)。
該研究首先從碳水化合物活性酶數(shù)據(jù)庫(Carbohydrate-Active enZYmes Database, CAZy)數(shù)據(jù)庫中收集整理了119個糖苷水解酶家族的蛋白序列，建立了能夠識別糖苷水解酶家族和功能殘基的深度學習模型DeepGH，通過10倍交叉驗證結果顯示DeepGH模型的預測準確率為96.73%。隨后利用梯度加權類激活圖譜(Gradient-weighted Class Activation Mapping, Grad-CAM)方法提取分類相關特征，結合序列進化信息對突變體進行設計，最后獲得了具有7個氨基酸突變位點的殼聚糖酶突變體CHIS1754-MUT7。實驗結果表明，CHIS1754- MUT7的催化效率( k cat/ K m)是野生型的23.53倍。該蛋白理性策略計算效率高，實驗成本低，具有顯著的優(yōu)勢，為酶催化效率的智能設計提供了一種新的途徑，具有廣泛的應用前景。
中國農(nóng)業(yè)科學院北京畜牧獸醫(yī)研究所黃火清研究員、田健研究員和中國農(nóng)業(yè)科學院生物技術研究所關菲菲副研究員為論文共同通訊作者，中國農(nóng)業(yè)科學院生物技術研究所劉汗青、關菲菲、劉拓宇和楊麗鑫為論文共同第一作者。【
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作者：田健
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