推荐一篇nature chemistry的文章，“Screening and characterization of a diverse panel of metagenomic imine reductases for biocatalytic reductive amination”，通讯作者是University of Manchester的Nicholas J. Turner。

       不对称还原胺化是合成中最重要的反应之一,它占候选药物合成中N-芳基化和N-烷基化反应的近四分之一。对于一些此类产物的合成，化学催化的还原胺化具有化学选择性较差，昂贵和需要毒性高的试剂等缺陷，而酶法可在温和的条件下进行，筛选得当可获得高度化学选择性和立体选择性的酶，因此利用酶来催化合成手性胺就变得越来越有吸引力，特别是近年来，宏基因组的发展更是给这一途径的发展提供了丰富的宝藏资源。本文就是基于已知的亚胺还原酶对宏基因组进行进一步挖掘，获得序列更多样化的亚胺还原酶库，结合比色法搭建了一个高通量的筛选平台，能够快速/高效地对各种底物的不对称还原胺化进行筛选。

       首先，作者从英国各地的陆地和沿海获得所需的宏基因组库，随后利用生物信息学平台ProzOMIGO（由Prozomix开发）对宏基因组的序列信息进行分析、挖掘和筛选，该平台能够有效地挖掘潜在的亚胺还原酶库，并确保获得简洁而多样化的数据集，最终获得302个推定亚胺还原酶。随后，为了产生进一步丰富序列的多样性，作者将选定的宏基因组序列与已知的进行整合，得到了一组涵盖细菌，真菌，植物，动物既有原核来源又有真核来源的推定的亚胺还原酶库，共392个。这些基因均被克隆到pET28a中，并在大肠杆菌BL21（DE3）中进行异源表达，随后通过机器人将过表达酶的裂解物上清冻干粉等试剂加入到384孔板中用于后续的筛选。

      本文构建的还原胺化高通量筛选平台主要是利用了亚胺还原酶催化氧化还原的可逆性，并结合比色法实现，作者将其称之为IREDy-to-go。简而言之，当底物是胺时，亚胺还原酶介导目标胺被NAD（P）+氧化，同时会产生对应的NAD（P）H，已知，黄递酶在有NAD（P）H的条件下，能够介导四唑鎓盐（5）的还原，从而产生相应的红色或粉红色的甲瓒用来作为亚胺还原酶活性的检测和结果输出。作者先用N-环丙基环己胺（2b）和2-苯基哌啶(3)进行这个平台的测试，平行地，作者也对酶进行了相应还原胺化以及亚胺还原的检测，证实通过氧化筛选确定的酶同时也能够有效催化相应的亚胺还原或还原胺化。

       随后，作者在这个平台上筛选了36种胺底物，并鉴定出了具有对映体互补的亚胺还原酶催化剂；随后，作者还对活性药物成分(APIs)中的三种重要分子骨架进行筛选，即苯乙酮衍生物、二甲基胺类衍生物和β-酮酯衍生物，均能筛选得到可获得目的产物的对应酶催化剂，在多个反应中，具有优良的产率和优异的对映和非对映选择性。在此基础上，作者甚至对一系列N取代的β-氨基酯实现了制备规模的不对称合成。最后，作者还对这300多个酶进行了热稳定性的鉴定，具有高热稳定性的亚胺还原酶更适用于工业生物催化剂或进一步蛋白质工程的研究。

       总之，作者搭建了迄今为止规模最大的一个亚胺还原酶高通量筛选平台。作者称，从最初的酶发掘到含有过表达酶的384孔平板的生成和筛选，整个过程大约需要两个半月到三个月。因此，这个策略也适用于其他反应生物催化剂的发掘和高通量筛选。此外，本文报道的亚胺还原酶孔板可通过Prozomix免费获得。

本文作者：cxm

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41557-020-00606-w

原文引用：DOI: 10.1038/s41557-020-00606-w

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