为了克服天然酶的局限性（如稳定性差、活性低、副反应多），科学家们开发了一系列先进的酶改良技术。这标志着该领域从“酶的发现”向“酶的设计”的根本性转变，旨在创造出能够完美执行特定催化任务的“定制”生物催化剂。

蛋白质工程改造

通过基因层面的定点突变或定向进化，可以显著提升酶的催化性能。

• 催化活性提升: 通过对关键位点氨基酸的突变，可以提高酶的催化效率（k_cat）和热稳定性。例如，对来源于枯草芽孢杆菌的木聚糖酶XynLC9进行N端残基突变，得到的突变体W6F/Q7H在水解玉米芯木聚糖合成XOS时，产率比野生型酶提高了1.6倍。

• 糖基合成酶 (Glycosynthase) 的构建: 这是蛋白质工程中最具革命性的策略之一。其核心思想是通过定点突变，将催化水解反应的关键亲核残基（通常是天冬氨酸或谷氨酸）替换为一个非功能性残基（如丙氨酸）。这样，酶便丧失了水解能力，但保留了结合底物的口袋，从而转变为一个纯粹的“合成酶”。这种改造后的酶能够高效地将一个活化的糖基供体（如糖基氟化物或噁唑啉）转移到一个受体上，以极高的产率合成特定的寡糖，且完全没有产物被水解的副反应。例如，通过将两歧双歧杆菌的β-N-乙酰氨基己糖苷酶的D746位点突变为E，构建的糖基合成酶能够以接近90%的产率高效合成人乳寡糖（HMO）的核心结构单元——乳糖-N-三糖II（LNT II）。