【生物催化】酶生物燃料电池中漆酶的定向进化

来源：X一MOL资讯

酶生物燃料电池通过电催化燃料氧化和氧化剂（通常为分子氧）还原，将化学能转化成电能，在可植入式/便携式装置、自供能传感器等方面有广泛的应用前景。但是目前生物燃料电池性能较低依旧是阻碍其发展的瓶颈。其原因之一即为氧化还原酶的电催化效率低下。

酶定向进化是在试管中模拟达尔文进化过程，通过有效的突变/重组策略，短时间内引入大量突变，并按照特定的需要和目的筛选出具有目标特征的酶，如底物特异性、催化活性、稳定性、溶剂耐受性、异构选择性等特征。这一技术在2018年被授予诺贝尔化学奖，并已广泛应用于生物催化、精细化工、生物医药等工业领域。

德国亚琛工业大学生物技术所作为酶定向进化方向的一面旗帜，近期利用酶定向进化技术对生物燃料电池中广泛使用的漆酶进行了改造，提高了漆酶的催化活性，使其更利于生物燃料电池的性能提高。

酶定向进化技术的核心在于基因突变库构建和筛选平台的建立。筛选平台在很大程度上决定了一次定向进化的成败。对于氧化还原酶的生物电催化活性提高，最有效的筛选就是借助电催化测试体系。亚琛工大张玲玲项目小组自主搭建了一套电催化漆酶筛选平台。在此平台中，多通道恒电位仪搭载多电极阵列，实现了对96孔板里漆酶变体活性的快速高效筛选。最终，漆酶CueO变种D439T/L502K对氧气还原的催化电位正移了0.12 V，从热力学角度来看，极大地降低了漆酶电催化反应的过电势，提高了葡萄糖/氧气生物燃料电池的开路电位。该工作作为酶定向进化在生物燃料电池领域的一次成功尝试，为未来酶生物燃料电池的发展提供了更多的潜力和可能性。

这一成功果近期发表在Angew. Chem. Int. Ed.上，文章第一作者兼通讯作者是德国洪堡奖学金获得者张玲玲，亚琛工大生物技术所博士生崔海洋在基因突变库构建方面给予了大力支持。

Directed Evolution of a Bacterial Laccase (CueO) for Enzymatic Biofuel Cells

Lingling Zhang, Haiyang Cui, Zhi Zou, Tayebeh Mirzaei Garakani, Catalina Novoa-Henriquez, Bahareh Jooyeh, Ulrich Schwaneberg

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 4562-4565, DOI: 10.1002/anie.201814069