Modification of nitrilase based on computer screening and efficient biosynthesis of 4‐cyanobenzoic acid

硝化酶 突变体 水解 产量(工程) 生物催化 化学 生物制造 组合化学 基质(水族馆) 生物化学 生物 生物技术 材料科学 催化作用 反应机理 基因 生态学 冶金
作者
Yi‐Zhong Jin,Jidong Shen,Yu‐xin Wang,Hongming Shao,Haijian Xia,Jianhua Lin,Zhi‐Qiang Liu,Yu‐Guo Zheng
出处
期刊:Biotechnology Journal [Wiley]
卷期号:19 (3): e2300706-e2300706 被引量:6
标识
DOI:10.1002/biot.202300706
摘要

Abstract 4‐cyanobenzoic acid serves as a crucial intermediate for the synthesis of various high‐value organic compounds. The enzymatic hydrolysis of terephthalonitrile to produce 4‐cyanobenzoic acid using nitrilase offers the advantages of a simple reaction pathway, environmental friendliness, and easy product separation. In order to efficiently develop nitrilases that meet industrial production requirements, the virtual screening method used in the study is established and mature. From a total of 371 amino acids in the nitrilase AfNIT, which exhibits activity in terephthalonitrile hydrolysis, three candidate sites (F168, S192, and T201) were identified, and a “small and accurate” mutant library was constructed. The triple mutant F168V/T201N/S192F was screened from this small mutant library with a specific activity of 227.3 U mg −1 , which was 3.8 times higher than that of the wild‐type AfNIT. Using the whole‐cell biocatalyst containing the mutant F168V/T201N/S192F, terephthalonitrile was successfully hydrolyzed at a concentration of 150 g L −1 to produce 4‐cyanobenzoic acid with a final yield of 170.3 g L −1 and a conversion rate of 98.7%. The obtained nitrilase mutant F168V/T201N/S192F in this study can be effectively applied in the biomanufacturing of 4‐cyanobenzoic acid using terephthalonitrile as a substrate. Furthermore, the results also demonstrate the significant improvement in predictive accuracy achieved through the latest AI‐assisted computer simulation methods. This approach represents a promising and feasible new technological pathway for assisting enzyme engineering research, laying a theoretical foundation for other related studies.
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