有機硫化物在藥物合成領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用價值，光學(xué)活性的亞砜作為一類重要的手性催化劑和配體，也日漸成為誘導(dǎo)不對稱轉(zhuǎn)化的重要工具。它不僅可以作為手性輔劑和中間體合成復(fù)雜的天然產(chǎn)物，同時作為手性藥物也具有重要的經(jīng)濟意義，如消炎藥舒林酸、治療胃潰瘍藥奧美拉唑、抗菌素司帕索霉素等都含有硫原子手性中心。
手性亞砜的生物合成方法通常是利用單加氧酶對硫醚進(jìn)行手性催化氧化反應(yīng)，與使用過渡金屬催化劑的昂貴、過度氧化以及副產(chǎn)物過多以及三廢處理等問題相比，生物合成方法具有高底物專一性、高立體選擇性、環(huán)保等優(yōu)點，但是從自然界中篩選的單加氧酶還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到工業(yè)化應(yīng)用的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和要求，因此尋求高催化效率和高底物耐受性的硫醚單加氧酶仍是其難點和瓶頸。
凱萊英醫(yī)藥集團（股票代碼：002821.SZ，以下簡稱凱萊英）技術(shù)團隊通過酶庫篩選和定向進(jìn)化工程技術(shù)，對野生酶進(jìn)行了全面的“升級改造”，解決了天然單加氧酶活性低副產(chǎn)物較高的問題。經(jīng)過對工藝的系統(tǒng)性優(yōu)化后，使自主研發(fā)的單加氧酶達(dá)到了工業(yè)化生產(chǎn)的要求。
在整個酶升級改造的過程中，研究人員充分利用計算機輔助模擬技術(shù)對進(jìn)化設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，通過理性進(jìn)化和非理性進(jìn)化的手段，經(jīng)過多輪進(jìn)化和篩選得到的單加氧酶突變體活性提高了10倍左右，其穩(wěn)定性、可溶性表達(dá)和選擇性上均得到了提高。可耐受的底物濃度提高了50%左右，副產(chǎn)物砜的含量也降低了10倍以上，催化效率獲得大幅提升。同時，凱萊英技術(shù)團隊還對發(fā)酵工藝進(jìn)行了一系列優(yōu)化，徹底解決了酶源的問題。
要將單加氧酶突變體應(yīng)用到催化合成手性亞砜的生產(chǎn)中，完成從實驗室到商業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模的放大并非一蹴而就，這個過程也同樣面臨著挑戰(zhàn)。比如說，反應(yīng)體系為固液氣三相非均相反應(yīng)，放大難度很高。凱萊英技術(shù)團隊通過對反應(yīng)設(shè)備結(jié)構(gòu)上的調(diào)整并結(jié)合工程計算機設(shè)計確定最佳參數(shù)對反應(yīng)逐步放大，通過引入自動化檢測系統(tǒng)以控制放大過程中過氧化物的生成，解決了底物分散性差等諸多問題，實現(xiàn)了可以在溫和的條件下輕易的引入手性中心，突破了手性亞砜中間體綠色合成的瓶頸和難點。目前，相關(guān)技術(shù)已成功放大到8000L規(guī)?；a(chǎn)項目中，產(chǎn)物手性亞砜ee值大于99％，de值大于99％，產(chǎn)品純度＞97%，收率由65%提高到80%。
凱萊英通過對單加氧酶的升級改造，為手性亞砜類化合物的綠色合成建立了高效的方法，并且實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)，這是凱萊英在推動創(chuàng)新綠色技術(shù)的應(yīng)用道路上的又一重要里程碑。多年來，凱萊英專注于生物酶催化等領(lǐng)域的綠色制藥技術(shù)開發(fā)與工業(yè)化應(yīng)用，致力于應(yīng)用生物技術(shù)開發(fā)更高活性、更強穩(wěn)定性和更長生命周期的新酶，重塑藥物合成途徑，讓制藥工藝更綠色、更安全、更可靠。
