介绍一篇发表在Nature chemistry上的文章“Selection of a promiscuous minimalist cAMP phosphodiesterase from a library of de novo designed proteins”，通讯作者是普林斯顿大学的Michael Hecht和Florian Hollfelder教授，他们的研究方向是蛋白质设计与液滴微流控技术。

生命系统依赖于催化加速的化学反应，目前生物圈的大多数酶都相对较大，细菌与真核生物的蛋白平均长度分别为320个和472个氨基酸。研究者可以通过学习现有的蛋白结构来设计这些较大且高活性的酶，然而从生命进化之初，要理解这种催化功能是如何从蛋白序列中产生则要困难得多。本文作者就以短肽为起点设计筛选流程，进化得到了一个仅有59个氨基酸残基的酶，可以在锰离子存在条件下将磷酸二酯键水解，这将有助于人们更好地理解酶催化功能如何从肽序列中产生的。

本文作者首先基于一个102个残基长的4-螺旋束蛋白S-824为起始支架，其本身与任何天然蛋白质无关，且没有检测到磷酸酯酶的活性，但其结构可以承受巨大的序列多样性，从而最大限度地减少牺牲折叠的情况。其次，作者在筛选序列随机性的同时还将水解酶中的常见辅因子二价金属离子（锰、锌、钙）混合添加到筛选中，从而允许在单个实验中筛选整个文库。最后作者将表达单个文库序列的单个细菌与荧光底物和金属在微流控液滴中进行裂解、测定和分选，通过测序液滴中的质粒DNA即可鉴定分选出的目标蛋白。

作者通过微流控液滴在4hr内分选了1030万个液滴（相当于440万个克隆），并选出了荧光度最高的0.2-0.5%个液滴，在更严格的情况下进行二次分选，最后明显富集出了具有磷酸酯酶活性的蛋白。作者在其中重点分析了一个具有高催化活性、高表达且具有良好溶解性的克隆mini-cAMPase，在锰离子存在条件下会产生最好的磷酸酯酶催化活性。作者利用对硝基苯酚作为模型底物进行酶特异性的评估，结果表明这种酶仅催化携带单个负电荷的磷酸二酯和磷酸盐底物水解，且该活性可以被扩展到生物学重要的磷酸二酯底物。

总之，本文结合蛋白质结构设计与微流控液滴技术发展了一种极简cAMP磷酸二酯酶的筛选方法，有望可以解释酶催化功能是如何从肽的随机序列中进化来的，并且可能发展成为一种成本可控、便于生产的工业催化方案。