Artificial Intelligence Platform EnzySFC for Enzyme Screening and Functional Conversion: Completely Redirecting Nitrilase to Nitrile Hydratase Function

硝化酶 腈水合酶 酰胺 化学 生物化学 组合化学 酰胺酶 功能(生物学) 底物特异性 计算生物学 产量(工程) 基质(水族馆) 突变 蛋白质工程 生物催化 突变体 立体化学 催化作用 催化效率 酶分析 酶催化 药物发现 活动站点 功能分析 二肽
作者
Shuiqin Jiang,Zhelin ZHENG,Hua Dong,Siwei Zhang,Qi Tong,Dong Yi
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:74 (6): 5515-5526 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.5c14148
摘要

Catalytic promiscuity provides fundamental insights into enzyme evolution. To address the multiobjective challenges in discovering and evolving promiscuous activities, we developed EnzySFC, an AI-assisted platform that combines de novo enzyme discovery with functional evolution, enabling coordinated optimization of activity and specificity. Using EnzySFC, we experimentally validated 10 uncharacterized nitrilases from 1113 candidates: 90% showed catalytic activity toward the target substrate, and 80% demonstrated amide formation. Notably, a wild-type nitrilase from a Phototrophicales bacterium exhibited exclusive nitrile hydratase activity. Through AI-driven evolution, 16 mutants of a nitrilase from an Actinomycetia bacterium were experimentally verified within a single prediction cycle. Seven variants displayed increased amide production, five of which exceeded 80% amide proportion. The top four variants achieved a 100% amide yield with complete substrate conversion. This platform establishes a transferable framework for multiobjective enzyme engineering and accelerates the development of efficient enzyme catalysts.
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