分子酶工程學在分析生物技術領域有廣闊的技術發展空間。酶法分析是分析生物技術中的主要內容之一,包括酶試劑盒、酶聯免疫(ELISA)、酶標基因探針、酶傳感器等等,已經在臨床診斷、生物工藝過程分析與監控、環境監測、檢疫、生命科學研究等方面逐漸取代傳統的化學分析法。
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揮作用。特別具有很多優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。
如何能夠對酶蛋白實施分子改造,使它們的性能得到改善,是具有挑戰性的課題。化學修飾法曾經是主要的手段,但盲目性比較大,效果常常不理想。分子酶工程學是近年發展起來的新的學科領域,其基礎是結構生物學和生物信息學,尤其是利用蛋白質超分子結構知識,采用基因工程和蛋白質工程手段,對天然酶實施定向改造和體外分子進化,在開發新型、高質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的構建;(4)免疫酶光開關;(5)增強電子傳遞速率的融合酶分子系統等等。這些研究成果不僅在生物傳感、蛋白質芯片和酶標等分析生物技術中有重要應用價值,而且為發展其它的分析酶系統提供了一些新的技術思路和模式方法。
分子酶工程學的研究進展得益于蛋白質結構知識的增長。如今,越來越多的酶的三維結構被解析出來,成為重塑蛋白質分子的依據。然而,在現階段,我們還不具有“設計”蛋白質的能力,這需要更加完備的結構生物學知識。
相對于其它各種功能蛋白質,酶的結構與功能研究還處于幼年期,在分析生物技術中的應用更是較晚,但已經展示出廣闊的發展前景。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中具有潛在的貢獻。