人乳寡糖（Human milk oligosaccharides,HMO）是母乳中重要的免疫活性成分,對嬰幼兒健康起到顯著促進(jìn)作用。2’-巖藻糖基乳糖（2’-FL）是HMO的主要組分,極具應(yīng)用價值,3-巖藻糖基乳糖（3-FL）與2’-FL的合成途徑相似,兩者的研究具有相互借鑒意義,近年來針對它們的研究取得了較多進(jìn)展。以微生物細(xì)胞工廠為核心理念的新型生物合成途徑有望將2’-FL和3-FL產(chǎn)業(yè)化,未來將對乳制品行業(yè)產(chǎn)生重要的影響。文中綜述了生物技術(shù)制備2’-FL和3-FL的最新研究進(jìn)展,并對未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。 

【文章來源】：生物工程學(xué)報. 2020,36(12)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

2’-FL和3-FL的結(jié)構(gòu)示意圖

純酶催化僅限于實驗室小規(guī)模研究，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還需要將關(guān)鍵酶基因構(gòu)建到底盤微生物中來完成。已知的合成途徑包括Salvage和De novo兩種(圖2)，其中Salvage途徑需要外源添加L-巖藻糖作為合成前體；De novo途徑則直接利用D-葡萄糖或甘油為碳源來合成關(guān)鍵前體GDP-L-巖藻糖，進(jìn)而生產(chǎn)出人乳寡糖。2006年，法國國家科研中心的Drouillard等[15]首次在大腸桿菌中構(gòu)建出2’-FL合成途徑，表達(dá)了幽門螺桿菌Fut C酶基因，最高產(chǎn)量達(dá)到14 g/L，其中胞外含量11 g/L。這是首次采用De novo途徑，該途徑成為研究的焦點，Lee等[16]在E.coli BL21 star(DE3)菌株中表達(dá)了幽門螺桿菌來源的Fuc T2酶以及Man B、Man C、Gmd、Wca G酶，但該菌株分解乳糖的能力較強，因此難以大量積累2’-FL。更換無法水解乳糖的E.coli JM109(DE3)后，乳糖僅被用于合成2’-FL，產(chǎn)量上升到1.2 g/L，但僅為理論產(chǎn)量的20%。此外，作者發(fā)現(xiàn)Fuc T2表達(dá)后可溶性很差，多為包涵體，因此解決該酶的可溶性問題將提高2’-FL的合成能力。例如，Chin等[17]在其N端融合了3個天冬氨酸(D3標(biāo)簽)，使得酶可溶性提升，酶活力提高了3.4倍，這種添加負(fù)電荷氨基酸標(biāo)簽的方式早先也被用于提高脂肪酶在大腸桿菌中的可溶性表達(dá)，獲得了較好的效果，因而具備一定的普適性。由于E.coli JM109(DE3)菌株存在一些產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的缺陷，包括生長緩慢、易產(chǎn)乙酸、易形成生物膜等，Chin等[18]嘗試使用BL21 star(DE3)菌株，他們使用λ-Red重組技術(shù)改造了乳糖操縱子，使得BL21 star(DE3)水解乳糖的能力下降了97%，解決了乳糖易被宿主分解的問題。盡管最終產(chǎn)量并不如JM109(DE3)，但每克乳糖對應(yīng)的2’-FL產(chǎn)率提高了3.6倍。最終通過分批發(fā)酵實現(xiàn)了2’-FL產(chǎn)量6.4 g/L，最高細(xì)胞干重71.1 g/L，產(chǎn)率0.118 g/(L·h)。Huang等[11]對不同的大腸桿菌宿主進(jìn)行了比較，結(jié)果表明對2’-FL而言JM109(DE3)產(chǎn)量最高，對3-FL而言JM109(DE3)和Nova Blue(DE3)產(chǎn)量最高，而這兩種宿主都不能利用乳糖，因此避免了乳糖分解。另一方面，加強乳糖的轉(zhuǎn)運能力對提高2’-FL產(chǎn)量有較大幫助，已有報道通過表達(dá)乳酸克魯維酵母來源的乳糖轉(zhuǎn)運蛋白基因lac12來實現(xiàn)該目標(biāo)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]人乳寡糖體外合成研究進(jìn)展[J]. 翟婭菲,禹曉,相啟森,張華,張星稀,申瑞玲.  食品工業(yè)科技. 2018(05)
[2]歐盟批準(zhǔn)乳糖-N-新四糖等作為新食品成分使用[J].   中國食品衛(wèi)生雜志. 2016(02)



本文編號：3564093