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绿色、稳定、高效︱凯莱英酶固定化技术
2019-11-01 18:41


酶是大自然最精妙的创造之一,以高效率、特异性的天然生物催化剂而著称。与化学催化剂相比,酶能够以更加绿色的方式催化合成复杂有机化合物。随着新酶发现和酶工程技术的发展,越来越广泛的酶被应用于各类工业生产中


管酶有诸多独特优势,但游离酶作为催化剂使用的时候仍存在着一些局限,比如:游离酶对外界因素敏感、稳定性较低,生产中很难将酶、底物和产物分离,造成回收和再利用困难、生产成本高等问题。凯莱英医药集团(股票代码:002821.sz,以下简称“凯莱英”)致力于应用酶固定化技术来解决这些难题,为酶在工业生产中的应用提供方便。酶固定化技术是一种将游离酶限定在一定空间内或完全附着在某种固态结构上,使其不能自由移动的生物修饰手段。固定化酶在可操作性和经济性两方面都具备巨大的优势,由于固定在载体上,分散程度较高,除了使用方便,反应完毕后通过过滤这样常规手段即可与产品分离,后处理简单、效率高,更重要的是可以多次重复使用,相比游离酶仅能使用一次能有效降低使用成本。除此之外,凯莱英技术团队还成功尝试将固定化酶应用于连续反应生产中,实现生产连续化和自动化,提升反应效率。


每种固定方法针对不同底物和条件都有其自身的优势,对于不同的固定化对象,目前并没有普适性的策略,需要综合考虑酶的特性及应用需求等因素,明智地选择合适的方法或将多种方法相结合。在众多固定化方法中,交联酶聚集体(cleas)是一种无载体的固定化方法,它通过使蛋白质沉淀和添加交联剂产生稳定的聚集体,与固定在载体上的酶相比,显示出更高的质量负荷,并且cleas的成本更低。但是由于cleas无载体支撑,其固定化酶颗粒小,机械强度较差,过滤回收过程中酶容易板结,再次使用时不能很好地分散在反应体系中。


共价结合固定化方法是通过共价连接使酶与载体发生不可逆结合,从而防止酶泄漏并有效提高可回收性。但在共价反应的过程中,酶分子易发生构象改变,导致活性降低。


此外,将酶吸附到多孔结构中亦是常用方法之一。例如,常用的多孔珠状树脂能够实现很高的负载量,但对一些纯度不高或纯化不具成本优势的酶而言却提出了挑战。


为了获得高效、稳定、合适的酶,推进其在绿色环保、有效降低成本的情况下服务于更多新药研发与生产项目,凯莱英在生物酶催化领域持续投入与深耕多年,着力构建了酶工程一体化技术平台,酶库的数量已达近千种。凯莱英经过不断钻研和突破,开发了多种固定化方法,为该平台注入新的高水平技术实力。


转氨酶固定化案例

转氨酶以酮类化合物为底物,通过立体选择性的转氨基作用,可以高效生产具有广泛生物活性的多种药物关键中间体——对映体手性胺。凯莱英通过固定化方法解决了放大生产中酶活性低、酶用量大导致成本增加等一系列问题。同时,针对大部分转氨酶稳定性较差的问题,凯莱英技术团队开发了一种双管齐下的策略——首先用酶定向进化技术改善其内在性质,构建出一种转氨酶突变体,接着分别尝试多种固定化方式,以找出最佳策略。


研究结果显示,利用固定化酶可以实现多次重复使用的目的,并且大幅提高了转化率。与此同时,凯莱英技术团队还尝试了固定化酶在连续反应中的应用。例如,在填充床连续反应pbr及连续搅拌反应cstr中,长时间重复使用活性未见降低。与传统批次反应相比,反应器生产能力提高了7~14倍。通过多种方法的尝试和筛选,凯莱英成功解决了现有生物酶催化技术应用受限的难题,开发的固定化转氨酶可以更加有效地应用于生产之中。

 

如今,酶固定化技术在制药工业、食品生产、生物修复和生物传感等多个领域中已得到广泛应用。相信随着纳米技术和集成系统工程等新兴技术的快速发展,酶固定化技术将进一步取得新的进展。凯莱英凭借在生物酶催化技术领域多年的深耕积累和持续突破,将构建更加完善的酶工程一体化技术服务平台,为制药行业提供生物转化技术的定制化龙8国际手机版的解决方案,赋能药物合成生产,引领行业绿色变革。


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