酶优化

酶优化（Enzyme Optimization）是根据酶序列，优化其包括酶活性，pH 稳定性，热稳定，立体选择性等酶学性质的功能。通过分析酶的单点或多点突变对其酶学性质的影响，可以为用户提供定向进化策略，从而实现特定功能的酶改造。

功能亮点

酶的催化过程比较复杂，不同酶的催化机理差别较大，且对于不同的底物、相同底物的不同手性具有高度的筛选性。同时，酶的催化能力受温度和 pH 等环境条件的影响较大，传统方法很难同时考虑反应中的各种条件。对此，GeoBiologics 中的酶优化模块有着如下优势：

• 先进算法: GeoEnzyme 使用最新的几何深度学习技术，处理整个酶促反应与酶的交互作用。特别地，GeoEnzyme 充分考虑酶对小分子反应物与产物的手性选择性，可以提供更加精确的预测。

• 支持指定反应条件: GeoEnzyme 考虑了反应体系中不同温度和 pH 对酶催化过程的影响。用户可以指定反应体系中的温度和 pH 等反应条件，进行更加符合实际应用场景的模拟。

• 易用: GeoEnzyme 支持同时对指定的单点和多点突变进行筛选。您可以很清晰地比较不同突变策略带来的酶学性质影响，迭代酶的进化方向。

任务输入

要提交酶优化任务，请打开项目编辑器并从"蛋白设计"（Protein Design）下拉菜单中选择"酶优化"（Enzyme Optimization）。将会出现如下任务提交表单：

任务提交表单：酶优化

• Enzyme Sequence（酶序列）: 待优化的酶序列，输入序列长度不能超过 1000 个氨基酸。

• Reactants（反应物）: 酶促反应中的反应物，输入为 SMILES 表达式。输入框中，每行输入一个 SMILES，支持输入手性分子。

• Products（产物）: 酶促反应中的产物，输入格式与Reactants相同。

• By-reactants（副反应物）: 当 Objective 选择 “Stereoselectivity” 时，用于表示在酶促反应中的副反应物，输入格式与Reactants相同。副反应物与反应物之间除手性外应完全相同；如果反应物不带手性，或手性不影响反应，则副反应物与反应物应完全一致。

• By-Products（副产物）: 当 Objective 选择 “Stereoselectivity” 时，用于表示在酶促反应中的副产物，输入格式与Reactants相同。副产物与产物之间仅手性构型不同。当产物中有多个手性中心时，请填写主要副产物对应的手性异构体。

• Mut. mode（突变模式）: 突变模式分为 “Saturation Mutagenesis” 和 “Custom” 两种。“Saturation Mutagenesis” 表示单点饱和突变，“Custom” 表示自定义单点或多点组合突变。

  • Mutation sites（突变位点）: 当突变模式为 “Saturation Mutagenesis” 时，需要输入突变位点。输入使用逗号分隔，例如：32-36 或者 100,102-105。

  • Mutation list（突变列表）: 当突变模式为 “Custom” 时，需要输入突变列表。每行表示一个单点或多点突变，多点突变内部使用逗号分隔，例如：G25T（单点突变）或者 A35W,Q64F,E103T（三点突变）。

• Job Name（任务名称）: 任务的名称。请注意，任务名称必须在项目内唯一。

模型 & 参数

点击Show Parameters按钮展开模型和参数设置。

您可以使用我们自研的 GeoEnzyme 模型来运行本任务。此模型的参数如下：

• Objective（优化目标）: 您可以在 “Enzyme Activity” “pH Stability” “Thermostability” 和 “Stereoselectivity” 之间选择一个或多个优化目标。

  • “Enzyme Activity” 表示优化酶的活性；

  • “pH Stability” 和 “Thermostability” 分别表示优化酶的 pH 稳定性和热稳定性，通过指定具体的酶促反应体系条件，来优化酶在该指定条件下的催化能力。

  • “Stereoselectivity” 表示优化酶的立体选择性，其中，产物与主要副产物的手性需要在输入中指定；

• pH（酸碱度）: 当目标选择了 “pH Stability” 之后，可以指定目标体系中的 pH 值，取值范围为 0-14，默认值为 7。

• Temperature（温度）: 当目标选择了 “Thermostability” 之后，可以指定目标体系中的温度，取值范围为 0-100，默认值为 37。

结果

在文件与任务管理器面板中点击任务结果，查看任务结果。

任务结果: 酶优化

汇总表格

结果存储在 CSV 文件中，可以通过点击结果表格右上角的""按钮下载。

结果表格包含以下列：

• Mutation（突变）: 与输入相同的点突变标签，格式为“原氨基酸+残基ID+突变氨基酸”，例如F103Y。表格第一行固定为“WT”，表示突变前的野生型酶。

• Activity Score（酶活性分数）: 突变导致的酶活性变化，大于 1 表示酶活提高，小于 1 表示酶活降低，等于 1 表示酶活基本不变。第一行“WT”对应的酶活性分数固定为 1。

• pH Stability Score（pH稳定性分数）: 突变导致的酶 pH 稳定性变化，表示酶在指定 pH 下的活性，大于 1 表示 pH 稳定性提高，小于 1 表示 pH 稳定性降低。第一行“WT”对应的酶pH 稳定性分数固定为 1。

• Thermostability Score（热稳定性分数）: 突变导致的酶热稳定性变化，表示酶在指定温度下的活性，大于 1 表示热稳定性提高，小于 1 表示热稳定性降低。第一行“WT”对应的酶热稳定性分数固定为 1。

• Stereoselectivity Score（立体选择性分数）: 突变导致的酶的立体选择性变化，大于 1 表示立体选择性提高，小于 1 表示立体选择性降低。第一行“WT”对应的酶立体选择性分数固定为 1。

突变建议

如果任务的突变模式选择了饱和突变（saturation mutagenesis），结果页面中还会根据您选择的优化目标（Objective）出现对应的“Per-residue scores”，展示每个突变位点，在该优化方向上最推荐的 5 个氨基酸。

• wt 一行标出了原始分子中突变位点的氨基酸。
• Top 1-5 分别列出了每个位点最推荐的 5 个氨基酸。
  • 打分较低的氨基酸不会被展示，自突变除外。
  • 每个单元格内会显示 mt_aa，即突变后的氨基酸。自突变的单元格内显示“·”，以方便您快速定位自突变的位置。
  • 单元格的背景色展示了当前氨基酸在当前突变位点所有20种可能的氨基酸中所占的优势。如果自突变的背景色很浅，说明该位点提升的潜力较大。

当您将鼠标悬浮在某个单元格上时，会出现一个提示框，展示当前突变体突变前后的氨基酸。