微生物所周珊珊团队系统阐述Rieske加氧酶在环境修复与绿色合成领域应用前景

在“双碳”战略与绿色生物制造深度融合的时代背景下，生物催化以其温和、高效、高选择性等突出优势，在污染物降解及精细化学品合成领域展现出巨大应用潜力。近日，中国科学院微生物研究所周珊珊研究团队在Trends in Chemistry发表了题为“Rieske oxygenases: Promising biocatalysts for bioremediation and synthesis”的综述文章，系统阐述了Rieske加氧酶作为新一代生物催化剂在环境修复与绿色合成中的应用潜力与发展前景。

Rieske加氧酶是一类非血红素铁依赖氧化酶，催化机制独特，可利用氧气对复杂的有机分子进行精准 “剪切”和“修饰”，高效催化羟基化、脱甲基化、环化、去饱和以及多种化学键断裂等复杂的氧化反应，是环境治理与生物制造两大领域重要的工具酶。

在环境修复方面，它是高效降解有机污染物的“清道夫”，可有效降解苯系物、多环芳烃、邻苯二甲酸酯、二噁英、多氯联苯以及各类卤代有机化合物。研究显示，联苯双加氧酶（BPDO）在实验室规模的PET塑料回收体系中，实现了15.1 g/L的β-酮己二酸产量，为塑料污染治理提供了新思路。

在绿色合成领域，它是制造手性分子的“魔术师”。其催化的芳环不对称顺式双羟化反应立体选择性极高，产物手性顺式二醇是制药与精细化工的关键中间体，目前已被成功应用于艾滋病治疗药物茚地那韦、河豚毒素等多种天然产物的化学酶法合成。此外，基于萘双加氧酶（NDO）构建的催化体系还实现了靛蓝的工业化生产，展示了其巨大的产业化应用潜力。

该综述系统剖析了当前制约Rieske加氧酶规模化工业应用的主要瓶颈，包括多组分电子传递系统效率不高、对辅酶NAD(P)H的依赖推高成本、无细胞体系下酶稳定性差，以及底物范围与催化效率之间的平衡与取舍。针对这些关键问题，文章提出了融合蛋白设计、辅酶循环再生、光生物催化、酶固定化等新兴策略，以推动Rieske加氧酶从“天然催化剂”向“工业生物催化剂”的转变。文章进一步指出，随着催化机制解析、结构功能关系研究以及人工智能辅助蛋白设计等技术的不断进步， Rieske加氧酶有望发展为兼具高效性和广泛适用性的生物催化平台，在可持续制造和资源循环利用中发挥核心引擎作用。

Rieske加氧酶作为生物催化剂的应用瓶颈及解决策略

中国科学院微生物研究所赵金莲博士和博士研究生李文睿为该论文的共同第一作者，周珊珊研究员为文章通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项和国家自然科学基金等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.trechm.2026.06.001