酶进化为选择性地使碳氢键功能化

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引导进化已被用于创造能够以前所未有的选择性使碳氢键功能化的酶，因此它们能够精确地酰胺化它们的底物。这些新的酶可以在细菌中表达，并用于制造各种内酰胺——重要的抗菌分子。

在合成化学中，传统的碳氢官能团化需要一些很难完成的反应，而且往往使用有毒的重金属催化剂。在这种反应中使用酶有几个优点，因为它们很容易由细菌产生，而且通常有一种天然存在的酶已经进行了类似的反应，可以重新利用。

细胞色素P450就是这样一种酶，它能自然地用氧取代碳氢键中的氢。团队定向进化先锋,诺贝尔化学奖得主弗朗西斯·阿诺德通过诱导产生细菌细胞色素P450的基因突变，使它们能够形成各种碳键，解决了C-H功能化的棘手问题。连续几轮的突变、测试和改良被用来改进新酶。

合著者解释说:“我们正在将碳氢键转化为与酰胺基相连的碳键。韩国仁荷曹．这项工作的目标是制造内酰胺，这种酶可以将羧酸转化为硝基烯前体，然后可以循环生成内酰胺。“我们正在制造各种内酰胺，包括β-内酰胺。β-内酰胺对开发抗生素很重要，因为它们能阻断细菌壁中的受体，导致细菌分解和死亡。”

经过多轮定向进化后，Cho和他的同事们生产出了新的细胞色素P450酶，这种酶在进行碳氢酰胺化转化时非常有效。通过在50小时内定期添加酶和底物，他们实现了约50%的产量和约100万的营业额。

Cho说，这种方法有可能产生大量含有β-内酰胺的产品库，这些产品具有一系列潜在的抗生素活性，包括一些细菌还没有耐药性的产品。

然而，尽管酶的功能很有效，Cho说仍有改进的空间。“我们创造的内酰胺类型仍然相当简单，这种酶在有氧条件下不能很好地工作。”“为了使这种方法适用于所有的化学实验室或扩大工业规模，这种反应需要在空气中表现良好。”她还致力于进化针对分子内特定C-H键的酶，这样单一类型的底物可以根据酶产生不同的产物。