01. 自然雕琢的分子流水线

在绿色化学与制药工业的浪潮中，生物催化正经历一场静默革命—从单酶催化迈向多酶协同的级联反应时代。大自然亿万年进化出的精密“分子工厂”—天然多酶复合体，并非酶的简单堆砌，而是通过精妙的空间组织与动态调控，实现了高效的底物通道化运输与精准级联催化。

Ⅱ型聚酮合成酶（PKS） 便是典范。其核心组件（酰基载体蛋白ACP、酮基合成酶KS、链长因子CLF）如同一条分子流水线，经过多轮循环和下游修饰，最终合成出结构多样、具有重要生物活性的芳香族聚酮化合物（如抗生素、抗癌药物前体）。事实上，从光合作用的电子传递链，到线粒体的呼吸链质子泵，再到核糖体的蛋白质合成，生命核心过程都依赖这类精密的多酶复合体驱动。

Ⅱ型聚酮合成酶的催化逻辑

02. 为何需要“人工制造”的分子工厂？

这些天然系统展现的超高催化效率、极低副产物生成和精密的代谢通量控制能力，正是人类在绿色化工、药物合成、生物能源、环境修复等领域梦寐以求的。然而，天然酶受限于漫长的进化路径与特定的生理功能，于是“人工多酶复合体”应运而生。

突破天然局限：针对非天然底物或设计全新代谢路径，天然复合体往往力不从心。

提高产物得率与纯度：天然系统并非为工业放大而生，其效率与稳定性有待人工优化。

实现可控组装：需要模块化、可编程的平台，按需定制多功能催化机器。

03. 破解生物催化的核心难题

人工多酶复合体通过模拟并超越天然系统的精密空间组织原则，有效解决了传统生物催化中普遍存在的效率低下、选择性不足、稳定性差、成本高昂四大核心难题，为开发高效、精准、稳定且经济的绿色生物制造工艺提供了革命性工具。

◆ 提升效率：紧密组装减少中间产物扩散损失，显著加速级联反应；多酶协同催化多步反应，大幅提升反应速率。

◆ 增强选择性：精密空间控制与微环境优化，抑制副反应，提高产物纯度；灵活组合不同酶，实现复杂底物的多步转化，拓展产物多样性。

◆ 改善稳定性：通过修饰或固定化，提升酶对温度、pH、溶剂等不利因素的抵抗力；采用合理设计与组装策略（如交联、支架），提高复合体整体稳定性与可重复利用性。

◆ 降低成本：优化酶生产，降低单位生产成本；优化反应过程，提高整体经济性。

04. 构建人工多酶复合体的难点与突破

要构建高效的多酶复合体绝非易事。直接蛋白融合虽是最方便、便捷的多酶组装方式，但经验性设计常导致酶错误折叠、形成包涵体、表达量低及活性丧失，且难以预测。因此，需要解决两大核心难点：

难点

1. 精密的空间构效设计

融合蛋白的空间构型是不可控的，酶的朝向改变或活性中心遮蔽会严重损害功能。因此，计算机理性设计融合位点、连接臂（Linker）和空间朝向至关重要。然而，人工多酶组装只能依赖于实验试错，还没有相应的理性设计工具，限制了其应用。

突破利器：上海交通大学倪俊团队开发的iMARS平台

2025年1月24日，上海交通大学生命科学技术学院/张江高等研究院合成科学创新研究中心团队在Cell期刊发表了题为《Rational multienzyme architecture design with iMARS》的研究论文。

该研究揭示了多酶空间邻近性和效率的“密码”，实现人工多酶复合体序列到功能的理性设计。其开发了一种人工多酶复合体理性设计工具—iMARS，内置上千种linker数据库，可快速预测融合酶复合体的相对活性。

在多个应用场景验证中效果显著：

☞ 使工程菌白藜芦醇产量激增45.1倍

☞ 显著提升PET塑料体外降解效率

☞ 助力工程菌实现麦角硫因高效发酵生产

2. 宿主细胞中的高效可溶表达

人工多酶复合体通常由多个酶融合而成，分子量巨大。宿主细胞（如大肠杆菌、酵母）对其基因的转录、翻译效率以及表达产物的正确折叠和可溶性构成严峻挑战。未经优化的基因序列往往表达量极低或形成无活性的包涵体。

突破平台：泓迅生物NG Codon 2.0 AI密码子优化技术平台

AI深度密码子优化：突破传统优化局限，依托先进人工智能算法，对目标基因进行全局性智能解析。不仅精准适配大肠杆菌、酵母等特定宿主细胞的密码子偏好，更通过深度学习模型，对整个基因序列的密码子使用顺序进行动态模拟与全局最优排序。

提升可溶性表达：优化的基因序列有助于表达产物进行正确折叠，显著提高目标融合蛋白的可溶性表达水平，减少包涵体形成，从而获得更高活性的复合体。

05. 泓迅生物：超大分子蛋白表达

泓迅生物作为AI赋能的合成生物学领导者，其推出的NG Codon 2.0 AI密码子优化平台成功突破超大蛋白表达瓶颈。通过智能密码子优化策略，在大肠杆菌系统中高效实现了180KD超大分子量多酶复合体与双伴侣蛋白的共表达，大幅提升可溶性组分比例超35%，攻克了传统表达系统无法承载的分子量极限桎梏。

上海交大iMARS平台解决了“如何设计得好”的空间构效难题，泓迅生物的密码子优化与合成平台则攻克了“如何做得出、表达得好”的制造瓶颈。随着人工智能、计算生物学与基因合成技术的持续突破，人工多酶复合体的复杂度、功能性与适用范围将不断拓展，开启“分子机器工程”的新纪元。

为什么选择泓迅

泓迅生物依托于AI赋能的生物智能分析专利技术，以及近百亿碱基合成经验，为您提供从基因合成、载体构建到蛋白质表达和纯化的一站式服务。

领先的技术优势—AI密码子优化分析（专利技术）

成熟的蛋白表达经验——四大蛋白表达系统，自主研发数十种高效表达载体解决方案

更高的价值服务—合成生物学一站式解决方案

Wang J , Ouyang X , Meng S ,et al.Rational multienzyme architecture design with iMARS[J].Cell, 2025, 188(5):1349-1362.e17.DOI:10.1016/j.cell.2024.12.029.