L-苏氨酸醛缩酶（LTA）是一种磷酸吡哆醛（PLP)）依赖酶，它能催化甘氨酸和醛生成多种具有两个手性中心的β-羟基-α-氨基酸。β-羟基-α-氨基酸是一类重要的手性中间体，广泛应用于药物合成领域，如氟苯尼考、氯霉素和屈昔多巴等。然而，野生LTA对β-羟基-α-氨基酸的β碳原子非对映体选择性低，阻碍了其工业化应用。

近日，浙江大学化学工程与生物工程学院吴坚平教授和于浩然研究员以Cellulosilyticum sp来源的L-苏氨酸醛缩酶（CpLTA）为研究对象，以催化对甲砜基苯甲醛（MTB）和甘氨酸（Gly）生成L-syn/anti-对甲砜基苯丝氨酸（L-syn/anti-MTPS）为模式反应，在突变景观（mutability landscape）的指导下使用CAST/ISM策略进行酶分子工程改造，实现了该酶非对映体选择性的提升和反转。获得的突变体H305L/Y8H/V143R对l-syn-MTPS的非对映体选择性从37.2%_syn 提高至 99.4%_syn；突变体H305Y/Y8I/W307E对l-anti-MTPS的非对映体选择性反转至97.2%_anti。

作者随后进行了拉伸分子动力学模拟（multidirectional steered molecular dynamics），解析了该酶的底物进出双通道与非对映体选择性的关系。结果表明，底物从anti式通道进入活性中心时，形成anti式产物，而当底物从syn式通道进入活性中心时，形成syn式产物（图3A）。

最后，作者应用Prelog规则解释了LTA非对映体选择性的形成机理（图3B）。当C_α负离子的电子攻击底物醛re-face，形成anti式产物。相反，当C_α负离子的电子攻击底物醛的si-face，形成syn式产物。研究发现，路径假说和Prelog规则对指导转醛酶、转酮醇酶等催化碳-碳键不对称合成酶的立体选择性改造具有普适性。该研究为后续开发更多的碳-碳键不对称合成酶的非对映体选择性改造策略提供了理论基础，有助于推动生物催化碳碳键不对称合成的工业化应用。