定向进化是指通过分子生物学等技术，对编码基因进行反复突变、表达和筛选，诱导蛋白质结构及功能发生定向改变，从而短时间内完成自然界需要成千上万年的进化过程，是定向改造酶催化特性（如立体/区域/化学选择性、活性、热稳定性等）的有效手段。开发高效的突变体设计策略，以及优化现有基因突变技术是当前定向进化领域的两大研究热点。 

　　中科院天津工业生物技术研究所孙周通研究员带领的酶分子工程与工业生物催化研究团队受国际化学学术期刊Angewandte Chemie International Edition的邀请，就定向进化方法学的开发及定向进化技术的应用进行系统综述。文章首先梳理了本领域的发展历程及早期应用，指出随着组合活性中心饱和突变（CAST）理论及迭代饱和突变（ISM）策略的形成，简并密码子选用、突变体文库构建、突变位点上位效应分析等关键技术得以广泛应用，这些技术能够快速高效的获得目标突变体，克服定向进化的筛选瓶颈；随后分析了分子动力学模拟等计算技术的引入对 CAST/ISM策略发展，拟突变位点的理性分组（TCSM）策略的形成的重要作用，指出该技术能够提升有效密码子及构建单元选取的理性化程度，进而有效缩减突变体文库的规模；文章同时总结了基于PCR技术构建突变体文库的优缺点，并对新近开发的全基因合成突变体文库技术的特点和应用潜力进行了评述；文章最后系统评价了最新开发的Focused rational iterative site-specific mutagenesis（FRISM）策略，指出该策略通过借助Rosetta Design、机器学习等方法，将定向进化与理性设计融为一体，是饱和突变这一传统定向进化模式的重要补充，并对其未来发展趋势进行了展望。 

　　该综述得到中科院项目资助，中科院天津工业生物所助理研究员曲戈博士为论文共同第一作者，中科院天津工业生物所孙周通研究员及德国马普煤炭所/天津工业生物所Manfred T. Reetz教授为共同通讯作者。 

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定向进化发展之路