专利再+1！希吉亚生物实现5-甲基四氢叶酸关键酶自研突破

在以叶酸为起始底物的5-MTHF酶法合成路径中，DHFR承担前端还原反应，为后续THF及5-MTHF生成提供重要的还原型叶酸前体。围绕这一关键环节，希吉亚通过酶工程对DHFR进行定向改造，最终获得 G40A-V87I-F128Y三位点组合突变体。

该突变体表现出几项较为明确的性能提升：

• 催化活性提升： 酶活达到 23.60 U/mL，相较于同体系野生型 DHFR 提升 13.1 倍（提升幅度 1311.54%）。

• 底物亲和能力增强： Km由野生型的 120±2.1 μM降至28±0.5 μM，表明在该实验体系下突变体对叶酸表现出更高的表观亲和能力。

• 叶酸转化效率提升： 底物转化率由野生型的 34%±1%提高至99%±1%。

• 5-MTHF生成水平提升： 产物浓度由 4.17±0.2 g/L提高至12.49±0.2 g/L，约为野生型体系的3倍。

• 工艺适应性改善： 该类DHFR突变体具有更强的温度耐受性和较宽的操作温度范围，为后续工艺适配提供了进一步优化空间。

  
  

这项技术真正改变的，并不只是几个氨基酸。

它改变的是Femifolin®5-MTHF制造过程中核心生物催化工具本身的性能——从“调整制造条件”，进一步走向“重新设计制造工具”。

目前一种常见研发策略，是从不同物种中筛选天然活性更好的DHFR。而希吉亚此次采用的是更进一步的酶工程路线——不是只寻找一颗现成的好酶，而是通过蛋白质工程主动优化它。

希吉亚研发团队通过突变文库构建、优势位点筛选、定点突变和组合突变，最终锁定 G40、V87、F128 等关键位置，并获得G40A、G40A-V87I、G40A-F128Y以及 G40A-V87I-F128Y 等突变体。

从实验结果来看，性能提升呈现出明显递进：野生型34% → G40A 62% → G40A-V87I 75% → G40A-V87I-F128Y 99%。与此同时，最终5-MTHF产物浓度由 4.17±0.2 g/L提高至12.49±0.2 g/L。

更重要的是，动力学指标也发生了同步变化。三位点突变体Km由120±2.1 μM下降至28±0.5 μM，说明其在实验体系中表现出更高的叶酸底物亲和能力。

因此，这项专利真正建立起来的是一条比较清晰的技术逻辑：关键位点优化 → 酶学性能改善 → 底物转化提升 → 5-MTHF生成水平提高。

创新不只是“改了三个氨基酸”，而是让酶分子层面的改变最终转化成了可量化的合成性能提升。

对于工业生物技术而言，获得一颗性能更好的酶只是第一步。真正有产业价值的技术，还需要回答：这颗酶如何表达、如何进入工程菌，以及最终如何用于实际生产。

该发明专利并未只停留在DHFR突变体本身，而是进一步覆盖编码核酸、重组表达载体、工程菌、5-MTHF合成应用及相关合成方法；工程菌宿主还涉及大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和谷氨酸棒状杆菌。

也就是说，其技术链条已经由：酶 → 基因 → 表达体系 → 工程菌 → 5-MTHF合成 逐步向实际制造环节延伸。

这也与当前5-MTHF研究的发展方向一致。2025年 Microbial Cell Factories 的研究通过强化C1单元供给、THF前体通量并减少5-MTHF消耗，使工程大肠杆菌在5 L反应器中的5-MTHF产量达到 8.2 mg/L；研究同时指出，产率仍是微生物5-MTHF产业化需要继续突破的问题¹。

到了2026年，研究重点又进一步向5-MTHF稳定性拓展。Food Bioscience 报道，AcsE可通过高亲和结合对5-MTHF形成代谢“封存”，减少其损失并提高胞内可利用性²。

说明5-MTHF制造正在由单纯追求“产量”，逐渐进入关键酶、辅酶循环、代谢通量、产物稳定性共同优化的系统工程阶段。

对于品牌方而言，一项DHFR突变专利看起来距离最终产品很远，但它恰恰反映了一家原料企业真正的制造深度。

过去比较5-MTHF原料，关注点更多集中在纯度、规格、价格和供应能力。

随着酶工程和合成生物学不断进入功能原料产业，新的竞争维度正在出现：核心酶能不能自主设计，关键路径能不能持续优化，生产体系有没有数据支撑，以及这些技术能不能形成自主知识产权。

因此，当客户进一步追问“这款5-MTHF与其他产品有什么不同”时，差异化不只停留在一张规格表。它还可以延伸到：关键酶如何设计、催化效率如何提升、制造体系还有多大的持续优化空间。

对客户而言，这意味着选择的不只是一款当前状态下的5-MTHF原料，也是在评估供应商背后的研发平台、技术积累与持续迭代能力。

对行业而言，则意味着功能原料的竞争正在发生一个更深层的变化：从“谁能生产这个分子”，逐渐走向“谁拥有更好的酶、更好的菌株和更好的制造路径”。

一颗酶，从普通生产工具，逐步转变为企业可以长期积累的核心技术资产。

此次DHFR发明专利，是希吉亚Femifolin®5-MTHF技术体系中的一个节点，而不是终点。

如果说Femifolin®代表的是最终交付给客户的5-MTHF原料，那么这项专利所代表的，是产品背后更底层的一层能力：

从发现关键催化节点，到筛选关键位点；
从蛋白质工程改造，到酶学性能验证；
再从一颗酶，进一步向工程菌和实际合成体系。

未来，Femifolin®5-MTHF制造还将继续向高性能酶、辅酶循环、代谢通量调控、产物稳定性和规模化工艺方向发展。

希吉亚生物也将继续依托 Zymevolver®酶工程与绿色生物制造技术平台，围绕关键酶筛选与进化、合成路径优化、菌株构建和工艺产业化持续推进研发，以酶工程创新，赋能更多高价值功能原料的绿色制造。

参考文献：