AI-Driven Enzyme Engineering: Emerging Models and Next-Generation Biotechnological Applications

工作流程 计算机科学 人工智能 新颖性 定向进化 合成生物学 过程(计算) 定向分子进化 生化工程 生成语法 计算生物学 强化学习 领域(数学) 序列(生物学) 蛋白质工程 突变 机器学习 代谢工程 工程类 深度学习
作者
Mohd Faheem Khan,Mohd. Tasleem Khan
出处
期刊:Molecules [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:31 (1): 45-45 被引量:6
标识
DOI:10.3390/molecules31010045
摘要

Enzyme engineering drives innovation in biotechnology, medicine, and industry, yet conventional approaches remain limited by labour-intensive workflows, high costs, and narrow sequence diversity. Artificial intelligence (AI) is revolutionising this field by enabling rapid, precise, and data-driven enzyme design. Machine learning and deep learning models such as AlphaFold2, RoseTTAFold, ProGen, and ESM-2 accurately predict enzyme structure, stability, and catalytic function, facilitating rational mutagenesis and optimisation. Generative models, including ProteinGAN and variational autoencoders, enable de novo sequence creation with customised activity, while reinforcement learning enhances mutation selection and functional prediction. Hybrid AI-experimental workflows combine predictive modelling with high-throughput screening, accelerating discovery and reducing experimental demand. These strategies have led to the development of synthetic "synzymes" capable of catalysing non-natural reactions, broadening applications in pharmaceuticals, biofuels, and environmental remediation. The integration of AI-based retrosynthesis and pathway modelling further advances metabolic and process optimisation. Together, these innovations signify a shift from empirical, trial-and-error methods to predictive, computationally guided design. The novelty of this work lies in presenting a unified synthesis of emerging AI methodologies that collectively define the next generation of enzyme engineering, enabling the creation of sustainable, efficient, and functionally versatile biocatalysts.
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