【导语】纳米酶作为当下科研热词，其发现源于实验室偶然——某些纳米材料因特殊结构具酶活性。近期研究发现，生物体内天然存在纳米酶，它可能拓展了生物催化边界，在生命起源中或发挥关键作用，还可能是酶的前体。此外，纳米酶比天然酶更稳定、成本更低，且能用AI结合材料基因组学设计，为理解生命起源提供新视角 。

最近纳米酶也是一个非常热的科研的名词，大家也很感兴趣。针对这个问题我也想给大家做一点我的介绍和一些我的看法。

纳米酶的发现源于实验室的偶然。传统认知中，酶是蛋白质或核酸——生命反应的催化剂。而我们的研究发现，某些纳米材料因其特殊的纳米结构也具有酶活性，这类材料被统称为纳米酶。

许多研究者感兴趣纳米酶相较于天然酶的优势。作为纳米材料，它通常更稳定、成本更低。在此分享我们最近的进展。目前，纳米酶研究多集中于实验室合成的仿酶材料。但我们最近发现，生物体内本身就存在天然纳米酶——这使我们对纳米酶的认知更进一步：它是天然存在于生命体中的一类催化剂。

若将视野拓宽至整个生命进化与起源的尺度，纳米酶不仅是一类仿酶催化剂，更可能是一种拓展了生物催化边界的新型催化剂。因为酶本身就是经过亿万年进化形成的，而我们最新的研究发现，在酶出现之前，一些具有特殊纳米结构的纳米矿物或无机矿物，可能就具备了初步的生物催化活性。这些活性在酶诞生之前就已存在，可能协助驱动了生命起源和早期进化过程中的一些关键反应。

试举一例：约25亿年前的“大氧化事件”中，随(suí)着(zhe)光(guāng)合(hé)细(xì)菌(jūn)和(hé)蓝(lán)藻(zǎo)的(de)出(chū)现(xiàn)，大(dà)气(qì)氧(yǎng)气(qì)含(hán)量(liàng)剧(jù)增(zēng)。氧(yǎng)气(qì)剧(jù)增(zēng)促(cù)进(jìn)了(le)有(yǒu)氧(yǎng)呼(hū)吸(xī)和(hé)代(dài)谢(xiè)进(jìn)化(huà)，但(dàn)其(qí)副(fù)产(chǎn)物(wù)——自(zì)由(yóu)基——也导致当时约99%的生命消亡。那么，为何仍有1%的生命存活下来？

我们推测，纳米酶可能在此过程中发挥了关键作用。最新研究发现，某些纳米矿物能在单细胞生命体内发挥抗氧化活性。因此可以认为，这是在酶出现之前，纳米酶在生命体中行使功能的例证。

随着生命进化，酶对金属的利用率不断提高，纳米酶体系也逐步完善。据此我们认为，纳米酶实际上可能是酶的前体。我们最近的工作提出，纳米酶作为一种新型的生物催化剂，拓展了生物催化的边界。这不仅有助于阐释纳米酶在生命体中的存在意义，也为理解生命起源提供了新的视角。

关于第二个问题——纳米酶相比天然酶的优势及其设计，我也简要回应如下：

首先，“纳米酶是无机版的酶”这一观点在一定程度上是正确的，这也呼应了我们关于纳米酶作为酶前体的发现。当前应用恰恰利用了其优势：比天然酶更稳定、成本更低。因此，在极端条件（如低温或苛刻温度）下，纳米酶往往表现更优、成本效益更高。

其次，关于是否能用AI设计纳米酶。这部分工作我们已在开展。大家熟悉基因组学，而在材料领域则有(yǒu)“材(cái)料(liào)基(jī)因(yīn)组(zǔ)学(xué)”。生(shēng)物(wù)学(xué)基(jī)因(yīn)组(zǔ)学(xué)通(tōng)过(guò)改(gǎi)变(biàn)基(jī)因(yīn)序(xù)列(liè)构(gòu)建(jiàn)库(kù)；材(cái)料(liào)基(jī)因(yīn)组(zǔ)学(xué)则(zé)通(tōng)过(guò)改(gǎi)变(biàn)材(cái)料(liào)组(zǔ)分(fēn)设(shè)计(jì)材(cái)料(liào)。我(wǒ)们(men)可(kě)以(yǐ)结(jié)合(hé)AI技(jì)术(shù)和(hé)材(cái)料(liào)基(jī)因(yīn)组(zǔ)学(xué)方(fāng)法(fǎ)，构(gòu)建纳米酶库，并依据目标催化活性设定筛选条件。通过大规模筛选，有望获得具有新催化活性的纳米酶。

本文为·创作培育计划扶持作品

作者：中国生物物理学会

审核：阮科 中国科学技术大学 教授

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司

来源: 创作培育计划