兼容性引导的GT-SuSy级联与两步补料策略实现瑞鲍迪苷M的可扩展及经济高效生物合成

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：A compatibility-guided GT-SuSy cascade and two-step fed-batch strategy enable scalable and cost-effective biosynthesis of Rebaudioside M

本文报道了一种通过兼容性引导的糖基转移酶-蔗糖合成酶（GT-SuSy）级联系统，结合两步补料策略，成功实现高浓度Reb-D向瑞鲍迪苷M（Reb-M）的高效转化。该系统利用结构导向的UGT76G1变体与大豆SuSy配对，以廉价蔗糖和UDP原位再生UDP-葡萄糖（UDPG），显著降低生产成本；通过工艺优化使Reb-M产率达到4621±50?μg/mL/h，并首次在工业相关浓度（26,034±90?μg/mL）下实现完全转化，结晶后纯度达98%。该工作为天然甜味剂的绿色生物制造提供了可扩展、经济可行的通用平台。

　　

Highlight

通过系统性的酶兼容性引导与过程优化，本研究开发了一种高效的GT-SuSy级联系统，结合创新的两步补料策略，实现了瑞鲍迪苷M（Reb-M）的可扩展、低成本生物合成。

An integrated GT-SuSy cascade enables Reb-M biosynthesis

由于其独特的甜味特性和潜在的生物活性，瑞鲍迪苷M（Reb-M）引起了越来越多的商业兴趣。然而，其天然含量极低，导致供需差距日益扩大。在探索大规模生产的各种策略中，糖基转移酶（GT）介导的糖基化反应与蔗糖合成酶（SuSy）耦合形成的GT-SuSy级联系统已成为最有前景的方法。如图1A所示，甜叶菊中Reb-M的体内生物合成涉及一系列糖基化步骤，而UGT76G1是催化Reb-D转化为Reb-M的关键酶。本研究通过将结构导向设计的UGT76G1变体与大豆来源的蔗糖合成酶（GmSuSy）智能配对，构建了一个集成级联系统。该系统能够利用廉价的蔗糖和UDP作为底物，高效地原位再生UDP-葡萄糖（UDPG），从而显著降低了辅因子成本和对环境的影响。

Conclusion

本研究确立了一个以兼容性为指导的GT-SuSy级联系统，作为Reb-M生产的可持续平台。将工程化UGT76G1与GmSuSy配对，实现了高效的UDPG再生；随后的工艺优化以及两步补料策略共同作用，在工业相关浓度（26,034 μg/mL）下实现了高浓度Reb-D向Reb-M的完全转化。直接重结晶获得了98%纯度的产品，无需使用树脂，简化了下游加工过程。与以往的方法相比，该系统在生产率、可持续性和经济性方面均展现出显著优势。