Ключевой фермент для производства высокоценного натурального подсластителя идентифицирован и охарактеризован

Стевиолгликозиды — натуральные подсластители, извлекаемые из Stevia rebaudiana, широко используются как заменители сахарозы из-за высокой сладости и низкой калорийности. Среди них ребудиозид M (Reb M) считается высокоценным продуктом следующего поколения благодаря интенсивной сладости и превосходному вкусовому профилю. Однако естественное содержание Reb M в стевии крайне низко.

Для удовлетворения рыночного спроса необходимы эффективные биосинтетические методы. До сих пор ключевой фермент, катализирующий превращение ребудиозида D (Reb D) в Reb M в биосинтетическом пути, не был идентифицирован, и обычно предполагалось, что это UGT76G1. Однако UGT76G1 проявляет строгую региоселективность к положению C13 стевиолгликозидов, в то время как его каталитическая активность в положении C19 очень слаба.

В исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences 17 сентября, команда под руководством профессора Инь Хэна из Даляньского института химической физики Китайской академии наук идентифицировала ключевую гликозилтрансферазу, катализирующую превращение Reb D в Reb M, и раскрыла молекулярный механизм, лежащий в основе её региоселективности к субстрату.

Исследователи сначала идентифицировали и охарактеризовали UGT76G4 — естественный вариант UGT76G1 — из сорта стевии с высоким содержанием Reb M. Они обнаружили, что UGT76G4 проявляет региоселективность к положению C19 стевиолгликозидов как в in vivo, так и in vitro анализах, подтвердив, что это ключевой фермент, катализирующий превращение Reb D в Reb M.

Затем исследователи систематически выяснили молекулярную основу региоселективности UGT76G4 и определили, что остаток G200 критически важен для её C19 каталитической активности.

Кроме того, исследователи создали несколько инструментальных ферментов с улучшенными характеристиками, применив полурациональный дизайн. Они получили варианты UGT76G4, способные эффективно синтезировать Reb M, используя ребудиозид E (Reb E) и Reb D в качестве субстратов.

«Эта работа не только проясняет вопрос, какой фермент отвечает за биосинтез Reb M, но и предоставляет инженерные биокатализаторы для эффективного производства этого натурального подсластителя следующего поколения», — сказал профессор Инь.