海岛蓝细菌淀粉蔗糖酶的工程化改造实现α-熊果苷的高效整细胞生物催化生产

《Systems Microbiology and Biomanufacturing》：Engineering of chloroflexus islandicus amylosucrase enables efficient whole-cell biocatalysis for α-arbutin production

　　

摘要

α-熊果苷是一种广泛应用于化妆品和护肤品中的美白化合物，因其具有优异的酪氨酸酶抑制活性和与氢醌相比更优的安全性而被广泛使用。尽管利用淀粉蔗糖酶将氢醌酶法糖基化为α-熊果苷是生产α-熊果苷的有效方法，但该过程仍受限于氢醌氧化、低催化效率以及需要添加抗氧化剂等问题。本研究采用结构引导的蛋白质工程策略，以改善来自岛礁绿弯菌（Chloroflexus islandicus）的淀粉蔗糖酶（CiAS）在α-熊果苷生物合成中的性能。基于易氧化表面残基和计算稳定性预测设计了11个CiAS变体，并在大肠杆菌（Escherichia coli）中表达。在这些工程变体中，CiAS-M250A在测试的全细胞生物催化条件下表现出最高的催化性能，其相对活性达到大肠杆菌表达CiAS野生型酶的250.2%。此外，使用大肠杆菌 CiAS-M250A全细胞生物催化剂进行工艺优化后，α-熊果苷产量达到1.1 g/L，对应摩尔产率为40%，且未添加抗坏血酸。这些结果表明，结构引导的淀粉蔗糖酶工程是开发用于可持续α-熊果苷生产的稳健且具有经济吸引力的全细胞生物催化剂的有效策略。

图形摘要