分子酶工程學在分析生物技術(shù)領域有廣闊的技術(shù)發(fā)展空間。酶法分析是分析生物技術(shù)中的主要內(nèi)容之一,包括酶試劑盒、酶聯(lián)免疫(ELISA)、酶標基因探針、酶傳感器等等,已經(jīng)在臨床診斷、生物工藝過程分析與監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、檢疫、生命科學研究等方面逐漸取代傳統(tǒng)的化學分析法。
分析用酶之所以被青睞,歸功于酶分子高度特異性和高催化效率,使微觀生物學反應過程得以放大。然而,天然酶蛋白分子并非完美無缺,它們或太“嬌嫩”,熱穩(wěn)定性差,容易受抑制,受蛋白酶水解而失活,或催化性能不理想,固定化回收活力低下等等,導致許多分析用酶還未能實際發(fā)揮作用。特別具有很多優(yōu)點的固定化酶分析法和各類酶傳感器,并沒有獲得廣泛應用。
如何能夠?qū)γ傅鞍讓嵤┓肿痈脑欤顾鼈兊男阅艿玫礁纳,是具有挑?zhàn)性的課題;瘜W修飾法曾經(jīng)是主要的手段,但盲目性比較大,效果常常不理想。分子酶工程學是近年發(fā)展起來的新的學科領域,其基礎是結(jié)構(gòu)生物學和生物信息學,尤其是利用蛋白質(zhì)超分子結(jié)構(gòu)知識,采用基因工程和蛋白質(zhì)工程手段,對天然酶實施定向改造和體外分子進化,在開發(fā)新型、高質(zhì)量分析酶試劑方面意義重大。
近期在作者實驗室的研究進展,包括:(1)大腸桿菌堿性磷酸酶的定向改造與分子體外進行;(2)固定化酶空間取向控制的“錨鏈”(anchor―chain)模型;(3)順序酶反應融合蛋白分子系統(tǒng)的構(gòu)建;(4)免疫酶光開關;(5)增強電子傳遞速率的融合酶分子系統(tǒng)等等。這些研究成果不僅在生物傳感、蛋白質(zhì)芯片和酶標等分析生物技術(shù)中有重要應用價值,而且為發(fā)展其它的分析酶系統(tǒng)提供了一些新的技術(shù)思路和模式方法。
分子酶工程學的研究進展得益于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)知識的增長。如今,越來越多的酶的三維結(jié)構(gòu)被解析出來,成為重塑蛋白質(zhì)分子的依據(jù)。然而,在現(xiàn)階段,我們還不具有“設計”蛋白質(zhì)的能力,這需要更加完備的結(jié)構(gòu)生物學知識。
相對于其它各種功能蛋白質(zhì),酶的結(jié)構(gòu)與功能研究還處于幼年期,在分析生物技術(shù)中的應用更是較晚,但已經(jīng)展示出廣闊的發(fā)展前景。另外兩個值得關注的方向是抗體工程和抗體酶或催化抗體,它們在分析生物技術(shù)中具有潛在的貢獻。