進化是一個令人難以置信的過程，允許生命適應環境的變化。在20世紀90年代，弗朗西斯·阿諾德的實驗室展示了人們如何通過操縱微生物以某種方式進化，從而將這一過程轉化為優勢，這可能導致新的藥物和其他突破。這一發現為阿諾德贏得了2018年諾貝爾化學獎，現在她的團隊正在利用這項技術開發新的抗生素。

該團隊正在研究創造新抗生素的一個特別具有挑戰性的方面- 製造一種稱為β-內酰胺環的分子結構。這些基本上是原子組成的環，可以破壞細菌構建細胞外壁的能力，有效地殺死它，它們位於許多常見抗生素的核心，如青黴素。

但β-內酰胺環可能很難製造。它們從長鏈分子開始，然後折疊回自身以形成環。通常情況下，化學家必須添加額外的引導分子來“告訴”它們在哪裡折疊，然後必須在以後刪除這些分子，這只會為過程增加更多步驟並且出現更多錯誤的機會。

因此，研究人員開始著手簡化這一過程，將艱苦的工作轉移到酶上。在加州理工學院工作的團隊使用定向進化技術指導酶以特定方式進化。研究團隊可以將酶的遺傳密碼轉移到細菌中，細菌會產生這些酶。

在這種情況下，該團隊開發了一種名為細胞色素P450的酶，以便它可以構建β-內酰胺。他們還製造了其他可以構建其他類型結構的酶，包括γ-內酰胺和δ-內酰胺。它們之間的區別在於每個原子中有多少原子- β-內酰胺是由三個碳原子和一個氮原子組成的，而γ-內酰胺則將其加成四個碳原子，而δ-內酰胺則更進一步。

“我們正在開發具有自然界中無法發現的活性的新酶，”該研究的共同作者Inha Cho說道。“內酰胺類可以在許多不同的藥物中找到，但特別是在抗生素中，我們總是需要新的藥物。”

該團隊表示，這些酶是他們有史以來獲得的最有效的酶，每種酶能夠產生多達一百萬個β-內酰胺分子。這些分子顯然已經準備好用於工業用途- 這是一個好消息，考慮到細菌對我們最好的抗生素產生耐藥性有多快。

該研究發表在《科學》雜誌上。