北大团队改造醛脱氢酶实现新型酰胺键生物合成为绿色制药开辟新路径

酰胺键是连接生命分子的关键纽带。在微观分子世界中——酰胺键如同"针线"——将氨基酸缝合成蛋白质,将小分子编织成治疗疾病的良药。该被誉为"生命体系和现代医药分子基石"的化学键,在当代医药产业中占据举足轻重的地位。据统计,临床使用的小分子药物中超过百分之六十含有酰胺键结构,药物研发过程中一半以上的化学反应涉及酰胺键的构建。 酰胺键的合成历来是化学与生物领域的重要课题。过去一百多年间,科学家们在这一领域不断突破创新,产生了多项诺贝尔奖成果。一九零二年,埃米尔·费歇尔首次用化学方法实现了多肽中酰胺键的构建,开启了现代有机合成的新篇章。一九五五年,约翰·谢汉和罗伯特·伍德沃德在青霉素全合成中引入二环己基碳二亚胺,推动了现代多肽化学的发展。一九八四年,罗伯特·布鲁斯·梅里菲尔德因发展多肽固相合成方法获得诺贝尔化学奖。然而,传统的化学合成方法存在明显局限:需要使用会产生大量副产物的酰胺缩合剂,造成原子浪费,同时需要贵金属催化剂或有毒氧化剂参与。 自上世纪九十年代以来,随着分子生物学技术的进步,酰胺键的构建策略逐步从单纯的"化学驱动"演进为"化学—生物融合"。酶催化等生物方法成为酰胺键合成的重要补充手段。然而,现有的生物催化方法仍存在瓶颈:主要催化酶集中于经典的连接酶或脂肪酶,这些酶的催化活性相对较低,底物适用性受限,且都无法摆脱对羧酸底物的依赖,这在一定程度上制约了生物催化在药物合成中的应用潜力。 北京大学雷晓光教授团队通过对自然界中经典的醛脱氢酶进行理性酶工程改造与定向进化,成功将其转化为一种全新的氧化型酰胺合成酶。这一创新突破了既有的生物催化框架,首次在"新于自然"的生物催化体系中,系统性实现了从非羧酸出发、利用低氧化态合成前体构建酰胺键的变革性方法。该方法彻底摆脱了对酰胺缩合剂的依赖,实现了"一个都不浪费"的理想反应——所有原料原子都能进入最终产品,达到百分之百的原子经济性。

从费歇尔1902年的开创性工作到今天中国科学家的颠覆性创新,酰胺键合成技术的百年演进史印证着科研范式的深刻变革;这项融合合成生物学与绿色化学的突破,不仅为"双碳"目标下的制造业转型提供关键技术支撑,更彰显出我国在新一轮科技竞争中从源头创新到产业落地的系统化能力提升。当越来越多的基础研究实现从"0到1"的跨越,"创新驱动发展"的战略蓝图正在转化为高质量发展的生动实践。