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锐谈 | J. Agric. Food Chem:利用SUS体外搭建UDPG供应循环来全细胞催化生产甜茶苷

锐谈 | J. Agric. Food Chem:利用SUS体外搭建UDPG供应循环来全细胞催化生产甜茶苷

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  • 发布时间:2023-06-28 14:18
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锐谈 | J. Agric. Food Chem:利用SUS体外搭建UDPG供应循环来全细胞催化生产甜茶苷

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甜茶苷(Rubusoside,Rub)为一种高甜的二萜苷,主要从蔷薇科(蔷薇科)的叶子中分离出来。几十年来,它一直被用作低热量的天然甜味剂,最近被发现是一种潜在的药物先导物。

在这项研究中设计了一种全细胞生物催化剂,以实现甜菊醇在酿酒酵母中糖基化为Rub。主要使用蔗糖合酶(Sucrose synthases)构建UDP-Glucose再生系统,并与来自多个植物物种的不同UGT酶进行组合测试。在优化反应条件后,对SrUGT74G1中可能影响糖基化效率的残基进行定点诱变。S84A/E87A的双突变减少了中间体的积累,最终将1.27 g/L甜菊醇葡萄糖基化为0.45 ±0.06 g/L甜菊糖单苷(转化率23.3%)和1.92 ±0.17 g/L Rub(转化率74.9%)。无需提供额外的UDPG即可实现Rub生物合成的高效率。这项工作作为全细胞生物催化中多步糖基化反应的第一个例子,为未来二萜甜味剂的可扩展生产奠定了基础。

在S. c. WAT11中导入UGT酶后,在含蔗糖(0-40%)的磷酸缓冲液中全细胞催化1.2 g/L底物甜菊醇(Steviol,SV),仅有少量产物产生;

进一步导入AtSUS3或SoSUS2,并在40%蔗糖中全细胞催化4 mM底物(1.2 g/L),转化率提升,且SoSUS2效果更佳;转化效果与蔗糖浓度呈正相关,怀疑SUS活性过低等导致;

后续结合UGT定点突变和催化条件优化(温度,pH,时间及金属离子添加),进一步提高了转化效率,减少中间体积累,将1.27 g/L甜菊醇葡萄糖基化为0.45 ±0.06 g/L甜菊糖单苷(转化率= 23.3%)和1.92 ±0.17 g/L Rub(转化率= 74.9%)。
讨论:
1. SUS效率太低,在全细胞催化的高浓度细胞量(OD=100)和高蔗糖浓度下(40%),运用了包括UGT突变和催化条件优化等,才能将1.2 g/L的底物有效转化;
2. 未结合体内UDPG降解途径敲除等,且酵母自身蔗糖主要利用基因SUC2未被敲除,不能有效评估蔗糖至目标途径的效果;及糖苷转化率低与UDPG供应量偏低或SUS活性低是否有关。

原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.1c04873

作者:yockoo

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