酶是大自然最精妙的創(chuàng)造之一，以高效率、特異性的天然生物催化劑而著稱。與化學催化劑相比，酶能夠以更加綠色的方式催化合成復雜有機化合物。隨著新酶發(fā)現(xiàn)和酶工程技術(shù)的發(fā)展，越來越廣泛的酶被應用于各類工業(yè)生產(chǎn)中。
盡管酶有諸多獨特優(yōu)勢，但游離酶作為催化劑使用的時候仍存在著一些局限，比如：游離酶對外界因素敏感、穩(wěn)定性較低，生產(chǎn)中很難將酶、底物和產(chǎn)物分離，造成回收和再利用困難、生產(chǎn)成本高等問題。凱萊英醫(yī)藥集團（股票代碼：002821.SZ，以下簡稱“凱萊英”）致力于應用酶固定化技術(shù)來解決這些難題，為酶在工業(yè)生產(chǎn)中的應用提供方便。酶固定化技術(shù)是一種將游離酶限定在一定空間內(nèi)或完全附著在某種固態(tài)結(jié)構(gòu)上，使其不能自由移動的生物修飾手段。固定化酶在可操作性和經(jīng)濟性兩方面都具備巨大的優(yōu)勢，由于固定在載體上，分散程度較高，除了使用方便，反應完畢后通過過濾這樣常規(guī)手段即可與產(chǎn)品分離，后處理簡單、效率高，更重要的是可以多次重復使用，相比游離酶僅能使用一次能有效降低使用成本。除此之外，凱萊英技術(shù)團隊還成功嘗試將固定化酶應用于連續(xù)反應生產(chǎn)中，實現(xiàn)生產(chǎn)連續(xù)化和自動化，提升反應效率。
每種固定方法針對不同底物和條件都有其自身的優(yōu)勢，對于不同的固定化對象，目前并沒有普適性的策略，需要綜合考慮酶的特性及應用需求等因素，明智地選擇合適的方法或?qū)⒍喾N方法相結(jié)合。在眾多固定化方法中，交聯(lián)酶聚集體（CLEAs）是一種無載體的固定化方法，它通過使蛋白質(zhì)沉淀和添加交聯(lián)劑產(chǎn)生穩(wěn)定的聚集體，與固定在載體上的酶相比，顯示出更高的質(zhì)量負荷，并且CLEAs的成本更低。但是由于CLEAs無載體支撐，其固定化酶顆粒小，機械強度較差，過濾回收過程中酶容易板結(jié)，再次使用時不能很好地分散在反應體系中。
共價結(jié)合固定化方法是通過共價連接使酶與載體發(fā)生不可逆結(jié)合，從而防止酶泄漏并有效提高可回收性。但在共價反應的過程中，酶分子易發(fā)生構(gòu)象改變，導致活性降低。
此外，將酶吸附到多孔結(jié)構(gòu)中亦是常用方法之一。例如，常用的多孔珠狀樹脂能夠?qū)崿F(xiàn)很高的負載量，但對一些純度不高或純化不具成本優(yōu)勢的酶而言卻提出了挑戰(zhàn)。
為了獲得高效、穩(wěn)定、合適的酶，推進其在綠色環(huán)保、有效降低成本的情況下服務于更多新藥研發(fā)與生產(chǎn)項目，凱萊英在生物酶催化領(lǐng)域持續(xù)投入與深耕多年，著力構(gòu)建了酶工程一體化技術(shù)平臺，酶庫的數(shù)量已達近千種。凱萊英經(jīng)過不斷鉆研和突破，開發(fā)了多種固定化方法，為該平臺注入新的高水平技術(shù)實力。
轉(zhuǎn)氨酶固定化案例
轉(zhuǎn)氨酶以酮類化合物為底物，通過立體選擇性的轉(zhuǎn)氨基作用，可以高效生產(chǎn)具有廣泛生物活性的多種藥物關(guān)鍵中間體——對映體手性胺。凱萊英通過固定化方法解決了放大生產(chǎn)中酶活性低、酶用量大導致成本增加等一系列問題。同時，針對大部分轉(zhuǎn)氨酶穩(wěn)定性較差的問題，凱萊英技術(shù)團隊開發(fā)了一種雙管齊下的策略——首先用酶定向進化技術(shù)改善其內(nèi)在性質(zhì)，構(gòu)建出一種轉(zhuǎn)氨酶突變體，接著分別嘗試多種固定化方式，以找出最佳策略。
研究結(jié)果顯示，利用固定化酶可以實現(xiàn)多次重復使用的目的，并且大幅提高了轉(zhuǎn)化率。與此同時，凱萊英技術(shù)團隊還嘗試了固定化酶在連續(xù)反應中的應用。例如，在填充床連續(xù)反應PBR及連續(xù)攪拌反應CSTR中，長時間重復使用活性未見降低。與傳統(tǒng)批次反應相比，反應器生產(chǎn)能力提高了7~14倍。通過多種方法的嘗試和篩選，凱萊英成功解決了現(xiàn)有生物酶催化技術(shù)應用受限的難題，開發(fā)的固定化轉(zhuǎn)氨酶可以更加有效地應用于生產(chǎn)之中。
如今，酶固定化技術(shù)在制藥工業(yè)、食品生產(chǎn)、生物修復和生物傳感等多個領(lǐng)域中已得到廣泛應用。相信隨著納米技術(shù)和集成系統(tǒng)工程等新興技術(shù)的快速發(fā)展，酶固定化技術(shù)將進一步取得新的進展。凱萊英憑借在生物酶催化技術(shù)領(lǐng)域多年的深耕積累和持續(xù)突破，將構(gòu)建更加完善的酶工程一體化技術(shù)服務平臺，為制藥行業(yè)提供生物轉(zhuǎn)化技術(shù)的定制化解決方案，賦能藥物合成生產(chǎn)，引領(lǐng)行業(yè)綠色變革。
