巴斯夫開發計算機輔助模型，優化生物催化過程

近期，來自巴斯夫（BASF）、奧地利工業生物技術研究中心（acib）和奧地利格拉茨大學的研究人員共同開發了一種全新的計算機輔助模型，該模型可以提高酶的性能，并使新的生物催化生產工藝更快地從實驗室升級到工業生產。影響用于生產化學品的酶的效率的因素很多，尋找最佳反應條件需要大量的時間和資源。 

酶是一種蛋白質，在人體和所有其他生物體內發揮多種功能，參與人體幾乎所有的新陳代謝過程，如消化食物或形成細胞和組織。在化學工業中，酶也是生產過程中使用的加速化學反應的生物催化劑，化工企業利用酶制造維生素、調味品或化妝品和洗滌劑成分等產品。

然而酶非常敏感，例如若溫度過高，酶就會停止正常作用。巴斯夫計算蛋白質工程全球負責人 Stefan Seemayer 博士解釋：“酶不再正確折疊，失去了三維結構，這意味著在其活性中心無法進行進一步的催化反應。然而，當溫度過低時，酶也無法發揮最佳功能，產生的所需產品量也會減少。生物催化劑的活性還會受到反應介質中所含物質（如溶劑）的影響。”

“我們需要溶劑，這樣酶才能從起始原料（例如脂肪）中快速產生大量所需的最終產品。如果沒有溶劑，酶就無法充分獲取物質并將其轉化為其他材料。但是，如果溶劑濃度或溫度過高，酶就會失去結構，停止活性。另一方面，如果濃度或溫度過低，則會降低產品產量。為了獲得盡可能多的所需產物，我們需要找到酶的最佳點，在這個點上，反應溫度和溶劑濃度都能產生最高的活性。”

過去，確定溫度和溶劑濃度的最佳組合是一個復雜的過程，需要進行多次實驗室實驗。現在，巴斯夫、acib 和格拉茨大學的研究人員新開發的回歸模型，可以作為傳統生化模型的擴展，大大簡化確定最佳組合的工作，只需進行一些初步的實驗室測試，如確定酶的展開曲線，將獲得的數據輸入計算機模型后，該模型就能計算出反應溫度和溶劑濃度的最佳組合，使酶的性能達到最佳。

研究還發現，新的參數不僅能夠反映酶在不同溫度下的穩定性，還可以幫助識別最佳反應條件窗口。與傳統方法相比，這一新方法能夠更準確地預測酶在特定溶劑中的活性變化，從而提高了酶的篩選和優化效率。這使得不同酶之間的比較更加容易，也使得酶性能的優化更加高效和精確。

Stefan Seemayer 解釋：“這聽起來很簡單，但卻大大提高了生物催化過程的效率，讓我們對酶催化有了新的認識。有了這種新方法，就能更容易地對不同的酶進行比較，并優化酶的性能。“這大大減少了我們為每種新生產工藝尋找最合適條件的工作量。因此，我們可以更快地完成實驗室的研發工作，從而更快地開始擴大生產規模。這大大降低了成本和資源消耗，提高了生物催化的可持續性。”

該研究成果發表在《Nature Communications》期刊上，新方法將為未來的生物催化研究和應用提供新的工具和思路。