多酶復合物的形成使酶活性位點接近，以促進中間代謝物的轉移，隔離中間滲漏并簡化代謝流向所需產物。這里香港中文大學夏江課題組總結了幾種在微生物細胞內的多酶復合物的結合方式，從靜態的納米酶結構（有支架或無支架）到基于液液相分離的動態酶凝聚層。
利用蛋白質、核酸等生物大分子作為支架構建多酶復合物是最常見的多酶組裝方式。利用Dueber 等人設計的合成蛋白質支架，基于蛋白質-肽相互作用（基于 SH3、SH2 和 PDZ 結構域）在甲羥戊酸生物合成途徑中組裝了三種順序酶。他們實現了對代謝通量的有效控制，使產物效價提高了77倍[7]。除了線性蛋白質支架外，蛋白質籠也可用作酶組裝的支架，并且最近在疫苗開發中受到了極大的關注[8-10]。工程師將酶封裝在籠子內，使其與細胞質中其他的代謝途徑隔離開來。巧妙的是，通過對籠子的孔徑進行微調，可以控制籠子的穩定性和進出籠子的分子流量[11-14]。通過核酸大分子構建起來的有序納米結構支架通常被稱為“DNA折紙”[15-16]。Conrado等人使用質粒 DNA 作為支架，在大腸桿菌的細胞質中排列生物合成酶。質粒DNA中獨特的鋅指結構通過特異性結合引導酶至DNA模板上，經驗證，包括白藜蘆醇、1,2-丙二醇和甲羥戊酸在內的多種代謝產物的滴度隨著支架結構的增加而增加[17]。
由于天然細胞器自身的結構和功能具有完整性和獨立性，利用天然細胞器封裝多個酶進行組裝引起了科學家們的廣泛興趣[18-20]。尼爾森等人[18]基于過氧化物酶體是脂肪酸降解的細胞器這一認識，將過氧化物酶體變成了脂肪酸衍生物生產的工廠，使脂肪酸衍生品如脂肪醇、烷烴和烯烴的產量提高到 700%。更值得一提的是，作者增加了過氧化物酶體數量，讓產量又進一步提高3倍。
基于液液相分離形成的細胞內凝聚體是一種蛋白質組裝的新型無膜細胞器。在相分離過程中形成的液滴可以在有限的體積內濃縮高達上百倍濃度的蛋白質并同時保持液體的流動性。這一特性賦予了酶催化過程中的底物，中間產物和輔因子交換迅速的特性，這使得相分離可以在天然產物的生物合成中作為一個有效的多酶組裝體。例如作者課題組在體外通過多肽-多肽相互作用將酶引入三蛋白組分（Shank，Homer和GKAP）形成的相分離，成功提升了催化效率[21]。基于此，作者課題組還進一步實現了在大腸桿菌體內單一蛋白（RGGRGG）凝聚體的構建，并將萜類化合物的生物合成酶組裝到凝聚體內進而實現了法呢烯的產量提升[22]。
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Min Liu,?Yue Wang,?Hao Jiang,?Yongxu Han,?Prof.?Dr. Jiang Xia
ChemBioChem
DOI:?10.1002/cbic.202200518
