通过利用蔗糖合成酶和固定化糖基转移酶的双酶级联反应实现雷巴乌迪苷D的可持续生产

《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》：Sustainable Production of Rebaudioside D via a Dual-Enzyme Cascade Utilizing Sucrose Synthase and Immobilized Glycosyltransferase

Reb D生物合成通过农业废弃物水解物替代商业糖源，构建GSS与M8双酶协同系统，利用固定化酶技术提升效率，在优化条件下实现96%产率及1080 mg/L产量，为高价值生物转化提供新策略。

　　

Rebaudioside D（Reb D）是一种天然的、零热量的高强度甜味剂。然而，由于甜叶菊叶片中Rebaudioside D的含量较低，限制了其大规模生产。传统的生物技术方法通常使用昂贵的商业糖类作为碳源和能源，这不仅增加了生产成本，还限制了生产的可扩展性。为了解决这些问题，本研究开发了一种可持续且高效的Reb D生物生产工艺。首先，从廉价且丰富的农业废弃物中获得的生物质水解物富含葡萄糖，可作为微生物发酵中的有效碳源。基于此构建的生物质水解物系统能够降低成本、缩短反应时间并提高酶活性。针对Reb D糖基化酶系统目前存在的问题（如效率低下、稳定性差以及依赖昂贵的糖供体如UDP-葡萄糖），本研究首次创新性地使用了来自拟南芥（Arabidopsis thaliana）的蔗糖合成酶（GSS）来从UDP合成UDPGs，并将人参（Panax ginseng）的糖基转移酶M8与酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）的SED1同源物（SED1）融合，使其能够通过SED1固定在毕赤酵母（Pichia pastoris的细胞壁上。随后，构建了一个由GSS和M8组成的双酶系统（活性比为2:1），利用廉价的蔗糖（100 mM）促进UDP的循环利用，在40°C、pH 7.5的条件下显著提高了UDP-葡萄糖的供应量，最终实现了96%的Reb D产率。通过全细胞催化，该系统产生了1.08 × 10³ mg/L的Reb D，显示出巨大的工业应用潜力。总之，本研究提出了一种高效合成Reb D的双酶协同策略，利用糖酵解培养基进一步凸显了将农业废弃物转化为高价值产品的潜力。