增强泛菌蔗糖异构酶热稳定性的半理性设计策略:助力异麦芽酮糖工业化生产

【字体: 时间:2025年05月10日 来源:Systems Microbiology and Biomanufacturing

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  为解决泛菌(Pantoea dispersa)蔗糖异构酶(PdSI)热稳定性差限制其在工业生产中应用的问题,研究人员开展了增强 PdSI 热稳定性的研究。他们筛选出多个热稳定性提升的突变体,如 V447E、V447E/D232P。该研究为蔗糖异构酶热稳定性改造及异麦芽酮糖工业化应用提供参考。

  异麦芽酮糖因其低血糖生成指数和抗龋齿特性脱颖而出,在食品和医疗领域展现出巨大的应用潜力。蔗糖异构酶属于糖苷水解酶家族 GH13,能够将蔗糖转化为异麦芽酮糖。来自泛菌(Pantoea dispersa)UQ68J 的蔗糖异构酶(PdSI)因高转化率而备受青睐。然而,其较差的热稳定性限制了它在工业生产中的应用。
为了增强 PdSI 的热稳定性,研究人员结合序列分析和计算机辅助设计,识别并排除了可能影响催化活性的关键位点,随后筛选出 14 个候选突变体进行点突变验证。在研究过程中,单点突变体 M62E、V105I、N109H、D232P、V447E 和 S481M 在初步实验中显示出热稳定性有所提高。其中,突变体 V447E 表现尤为突出,在 40°C 下的半衰期比野生型增加了 1.38 倍,最适温度也从 30°C 提高到了 35°C。

进一步的组合突变研究表明,突变体 V447E/D232P 具有更好的热稳定性。与野生型相比,V447E/D232P 的最适温度提高了 5°C,在 40°C 下的半衰期延长了 1.52 倍。分子动力学模拟结果进一步证实,与野生型相比,V447E 和 V447E/D232P 的均方根波动较低,这表明其结构稳定性显著增强。

这项研究为改进蔗糖异构酶的热稳定性修饰提供了参考,推动了异麦芽酮糖的工业应用。

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