过去数十年里，基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学和生物信息学的快速发展，使天然产物生物合成途径的解析变得更加高效。一系列重要天然产物的生物合成逻辑不断被揭示，相关酶库持续扩展。与此同时，生物催化蓬勃发展，已经成为一种高效、实用和绿色可持续性的化学合成策略，并逐渐在合成化学中得到更多应用，与传统的金属和有机催化一起共同推动合成化学的发展。北京大学化学与分子工程学院，北大-清华开云手机网页登录页面雷晓光教授团队长期开展新型生物合成酶的挖掘，酶学机制，酶工程改造与生物催化研究。近期在相关领域中做出了多项开拓性研究成果（Science 2026; Cell 2026a, Cell 2026b; Nature 2025; Science 2024; Nat. Synth. 2024; Acc. Chem. Res. 2024; Nat. Catal. 2021; Nat. Chem. 2020, etc.）。

近日，雷晓光教授团队应邀在Cell Press旗下期刊 《Chem》杂志发表题为“Opportunities for merging biosynthesis and biocatalysis”的Perspective文章，系统总结了生物合成与生物催化交叉融合的最新进展、核心策略与未来方向。文章提出，生物合成与生物催化正从并行发展走向深度融合，将为复杂功能分子高效构建、天然产物药物研发和可持续化学制造提供新范式。

图1：生物合成与生物催化的融合机遇

综述系统梳理了Diels–Alder环化、Pictet–Spengler反应、酯化与酰胺化、C–H活化、aldol反应及自由基/卡宾转移等关键生物催化反应，并将发展策略归纳为四类：直接应用天然生物合成酶、通过蛋白质工程提升性能、重编程酶以获取非天然反应性、由未满足的合成需求驱动新酶发现。文章强调，生物催化需求正在反向推动生物合成研究从“分子中心”向“功能驱动”转变。

在此框架下，雷晓光教授团队在近年来也取得了一系列开拓性的科学发现：其一，团队针对分子间Diels–Alder酶开展挖掘、机制与合成应用研究，提出多样性导向的化学-酶法合成新策略，实现D-A产物的高效衍生和制备 (Nat. Chem. 2020, 12, 620; Nat. Catal. 2021, 4, 1059; Nat. Commun. 2024, 15, 2492; Acc. Chem. Res.2024, 57, 2166）。其二，利用去甲乌药碱合酶NCS催化的不对称Pictet–Spengler缩合，与区域选择性酶甲基化或化学功能化结合，建立一锅顺序过程，实现克级规模合成多种BIA单体，并完成八种双苄基异喹啉生物碱（bisBIAs）的模块化全合成 (Angew. Chem. Int. Ed. 2025 64, e202414340.)。其三，借助一系列氧化酶（AvmOs）发展化学酶法策略，完成具有抗肿瘤、抗生素活性天然产物alchivemycin A的化学酶法全合成 (Nat. Synth. 2024, 3, 1124–1133.)；通过对最后一步AvmO1进行理性工程化改造，显著提高其对非天然底物的活性。其四，将醛脱氢酶ALDH重编程为氧化酰胺形成酶OxiAms，以氧气为唯一氧化剂，直接偶联醛或醇与胺，合成多种药物酰胺和天然产物酰胺，展示了近原子经济性的生物催化酰胺合成路线 (Science 2026, 391, eadw3365.)。

展望未来，人工智能辅助结构与功能预测、AI指导的定向进化、自动化高通量实验和多组学数据拓展，将显著加速酶的发现、优化和应用。随着复杂天然产物酶功能预测、膜蛋白表达筛选和通用的高通量筛选平台等方面的迅速发展，新的酶化学空间将被不断打开，两领域融合的最大机遇仍在未来。

邮箱：

xglei@pku.edu.cn

实验室主页：

http://www.chem.pku.edu.cn/leigroup

研究领域：

有机合成、化学生物学、生物催化、合成生物学、创新药物研发。

研究方向：

小分子影响了许多重要的生物过程，因此它们可以被认为是生物中心法则的另一个重要的组成成分。具有生物活性的小分子可以是通过自然进化选择的天然产物，也可以是通过有机合成制造的药物分子和化学探针。我们课题组致力于发展和应用新颖的活性小分子和化学技术去系统深入地研究重要生命过程，阐明与人类重大疾病密切相关的生物信号转导通路中新的分子作用机制，去验证全新的药物靶点，从而帮助解决重大生物医学难题。具体研究内容包括以下五个方面：

1.利用化学生物学手段研究与人类重大疾病（如：癌症，感染性疾病，神经退行性疾病等）相关的生物通路分子作用机制和调控方法；

2.开展复杂天然产物合成研究，并且运用活性天然产物发现新的生物靶点和阐明新的生物作用机制；

3.研究复杂天然产物生物合成，揭示新的酶学机制，并且综合运用合成化学与合成生物学手段高效制备天然产物来源的药物分子；

4.开发新一代高效的生物相容反应，并且利于化学交联结合质谱技术系统研究复杂蛋白质结构和蛋白-蛋白相互作用；

与临床紧密结合，开展转化医学与创新药物发现。