背 景

Introduction

在mRNA 疫苗与药物生产中，高质量mRNA的合成主要依赖 T7 RNA 聚合酶介导的体外转录（IVT）技术，但该过程易产生双链 RNA（dsRNA）、截短片段等杂质。其中 dsRNA 会激活先天免疫、引发炎症、降低蛋白表达并产生细胞毒性。目前去除mRNA中的杂质主要依靠多级层析纯化，存在工艺复杂、成本高、损失产量等问题。与之相比，从源头改造 T7 RNAP、减少杂质生成，是更具优势的解决方案。

上海交大杨广宇研究员团队在《Research》发表了题为“Directed evolution of T7 RNA polymerase minimizes dsRNA by product and enables high-fidelity mRNA synthesis for demanding therapeutic applications”的研究论文。团队通过荧光激活微液滴超高通量筛选与半理性设计，获得高性能 T7 RNAP 突变体，显著降低 dsRNA 副产物，同时提升催化活性与热稳定性，为治疗性 mRNA 高效合成提供关键核心工具。

（上海交大生命科学技术学院秦伟彤助理研究员为第一作者、聂挺博士为共同第一作者，杨广宇研究员为通讯作者，武汉瀚海新酶生物科技有限公司参与了合作研究）

Primary Research Focus

主要研究内容

团队开发了基于荧光适配体的荧光激活液滴分选（Aptamer-based fluorescence activated droplets sorting, Ab-FADS）系统，单日可筛选高达 10⁸个突变体，分选准确率达 99.4%。该平台可兼容高温、修饰核苷酸等非标准反应条件，为多性能协同进化提供了强大工具。

图注：Ab-FADS 超高通量筛选平台

02、性能升级：效率更高、杂质更低、稳定性更强

基于能量计算与空腔体积分析，构建组合突变文库, 经过四轮定向进化，逐步实现了热稳定性、催化活性与dsRNA副产物目标功能的叠加提升。

所得核心突变体 M30 催化效率提升约 10 倍；37℃条件下 dsRNA 含量降至野生型的 10%；50℃时进一步降低至 0.1%；3′端一致性由 5.6% 提升至 60%。在显著降低副产物的同时，保真度与野生型无显著差异。

应用层面，M30 IVT产物经 LNP 包封递送至小鼠后，IL-6 与 IFN-α 水平接近基线，显示出明显降低的免疫刺激性。

生物物理实验与分子动力学模拟表明，M30增强DNA模板结合能力，同时降低RNA再结合亲和力，形成“重DNA、轻RNA”的选择性优势，从源头抑制了RNA自延伸与再退火行为，为RNA聚合酶酶工程提出了新的理论框架。

图注：四轮定向进化，获得核心突变体M30

图注：M30 IVT产物显示出明显降低的免疫刺激性

图注：M30增强DNA模板结合能力，降低RNA再结合亲和力

Product Launch

产品落地

瀚海新酶低 dsRNA T7 RNA 聚合酶突变体已实现 GMP 级大规模生产，依托多维度质控体系，为 mRNA 药物开发提供稳定、合规、高性能的核心酶原料保障，已应用于国内外多个个性化肿瘤疫苗、基因编辑等高剂量要求领域的早研与临床管线。

除上文所涉及的低 dsRNA 突变体外，依托Ab-FADS 系统与酶定向进化平台，瀚海新酶还筛选出高比活型、耐热型等一系列 T7 RNA 聚合酶突变体，构建起独有的突变体酶库。这些突变体系列酶已作为mRNA产品线核心产品，在各类工业化场景中发挥关键作用，为RNA药物工业化生产提供创新解决方案。

mRNA完整性是体外转录最核心的质量指标，瀚海新酶高完整性T7 RNAP突变体与野生型 T7 RNAP相比，高比活突变体通过引入关键氨基酸突变，酶液比活力（U/mL）较野生型提升 10 倍以上，大幅降低体外转录提前终止副反应发生，显著提升mRNA产物完整性。尤其对低完整度，难转录序列及自复制 RNA（saRNA）等超长片段的体外转录表现优异，目前已应用于国内多个 mRNA 与 saRNA 临床管线。

图注：高比活力突变体具有高产量与高完整度，且在saRNA上表现优异

耐热型突变体经过多位点突变定向进化，热稳定性与催化活性显著提升：在 52℃条件下，酶半衰期提高 270 倍，催化活性提升 58 倍，可在 37 ℃–55 ℃范围内实现稳定转录。这一特性使得该酶特别适用于CircRNA的一步法高效合成，可实现在体外转录发生的同时进行成环，无需专门进行高温成环步骤，在高温下进行反应能够显著提高成环率，为环状RNA生产提供了强有力的工具，目前已应用于国内外多个CircRNA管线的早研及申报。

图注：耐高温突变体用于circRNA一步法合成，显著提高成环率

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内容丨研发中心-细胞与基因治疗研发部

编辑排版丨品牌

审核丨研发中心、市场部

图片丨来源于瀚海新酶、《Research》（侵删）