综述：微生物生产稀有糖和甜菊醇类化合物的最新进展

这篇综述系统阐述了微生物合成稀有糖（如D-阿洛酮糖、D-塔格糖）和甜菊糖苷（Steviol glycosides）的最新策略，重点解析了磷酸化-去磷酸化化学（phosphorylation-dephosphorylation）在克服热力学限制中的突破性应用，并对比了大肠杆菌（E. coli）和酿酒酵母（S. cerevisiae）作为生产平台的优劣，为开发低热量（low-calorie）、高生物活性的天然甜味剂提供了理论框架。

　　

甜菊糖苷

甜菊糖苷是从甜叶菊（Stevia rebaudiana）中提取的天然低热量甜味剂，其核心结构为甜菊醇（steviol），通过尿苷二磷酸葡萄糖（UDP-glucose）糖基化形成不同产物，如甜菊苷（stevioside）和莱鲍迪苷A（Reb A）。酿酒酵母因其对植物源细胞色素P450酶的表达兼容性，成为生产高价值糖苷（如Reb D、Reb M）的理想宿主。通过改造萜烯合成途径和糖基转移酶（UGTs），目前可实现克级产量，但高阶糖苷的产率仍需优化。

D-阿洛酮糖

作为D-果糖的C-3差向异构体，D-阿洛酮糖（D-allulose）仅含0.2 kcal g^?1，却保留70%蔗糖甜度。传统D-阿洛酮糖-3-差向异构酶（DPE）催化法受限于1:1的平衡产率，而大肠杆菌天然磷酸化途径（AlsE/Allu6PP）通过不可逆去磷酸化将D-果糖-6-磷酸（F6P）转化为D-阿洛酮糖，产量显著提升。敲除磷酸果糖激酶（PfkA）等竞争途径基因，并引入半乳糖质子同向转运体（GalP）可进一步强化碳通量。

D-塔格糖

D-塔格糖（D-tagatose）的工业生产长期受L-阿拉伯糖异构酶（L-AI）可逆反应限制。近期研究发现，大肠杆菌内源酶KbaZ/GatZ可将F6P差向异构化为D-塔格糖-6-磷酸（T6P），经T6PP去磷酸化后实现高效转化。该菌株无法代谢D-塔格糖的特性简化了下游纯化。以麦芽糊精为底物的多酶级联路线进一步降低了成本。

其他稀有糖

D-阿洛糖（D-allose）和D-甘露糖（D-mannose）的微生物合成同样受益于磷酸化策略。例如，D-核糖-5-磷酸异构酶B（RpiB）与特异性磷酸酶联用，可驱动D-阿洛糖的不可逆合成。这些稀有糖不仅作为甜味剂，还具有抗肿瘤、抗炎等药理活性，凸显其跨界应用潜力。

结论

微生物生产稀有糖和甜菊糖苷的核心优势在于其热力学驱动和碳中性潜力。未来需聚焦糖苷转移酶工程和磷酸酶特异性改造，同时深化稀有糖的生物活性研究，以推动食品和医疗领域的创新应用。