中新網(wǎng)山東新聞3月1日電 人乳寡糖(HMOs)的核心結(jié)構(gòu)單元半乳糖和氨糖形成乳-N-二糖(LNB)合成技術(shù)取得重大突破。近日，由第一作者杜志強博士和通訊作者方詡撰寫的論文《Lacto-N-biose Synthesis via a Modular Enzymatic Cascade with ATP Regeneration》發(fā)表在《iScience》上。該研究通過多酶級聯(lián)耦合技術(shù)，使得LNB轉(zhuǎn)化率從0.34提高到0.83 mol/mol GlcNAc，并且大幅度減少了昂貴的原料ATP使用量。

　　母乳作為新生兒出生后唯一與母體聯(lián)系的物質(zhì)與能量紐帶，被認為是嬰兒營養(yǎng)的黃金標準。人乳寡糖(HMOs)是母乳中僅次于乳糖和脂質(zhì)的第三大類成分，對嬰幼兒消化系統(tǒng)、腸道健康及免疫系統(tǒng)完善具有不可替代的作用，在奶粉中添加人乳寡糖(HMOs)模擬母乳成分，對于一些無法進行母乳喂養(yǎng)的嬰兒以及哺乳期后嬰兒的營養(yǎng)健康保障尤為重要。據(jù)最新研究報告預(yù)計，至2025年全球HMOs市場規(guī)模將超過146億美元。近期，歐洲也已經(jīng)批準推出HMOs配方奶粉，然而，有限的來源及難以利用化學方法規(guī)模化合成，制約了其生物學功能的研究和廣泛應(yīng)用。國內(nèi)的研究處于起步階段，尚未實現(xiàn)規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，為了突破國際技術(shù)壟斷，研發(fā)具有自主、高效、經(jīng)濟的人乳寡糖制備技術(shù)亟為所需。

　　目前為止，已經(jīng)約有200 多種人乳寡糖的結(jié)構(gòu)被鑒定解析，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的人乳寡糖(HMOs)主要含有D-半乳糖、D-葡萄糖、N-乙酰葡萄糖胺/N-乙酰半乳糖胺、L-巖藻糖和唾液酸5個常見的單糖構(gòu)成。復(fù)雜的人乳寡糖HMOs核心結(jié)構(gòu)單元為半乳糖和氨糖形成的β-1-3-乳-N-二糖(LNB)，其還原性末端一般存在一分子的乳糖，依此為基礎(chǔ)進行糖鏈的延伸修飾形成種類繁多的HMOs庫。然而關(guān)于人乳寡糖(HMOs)其核心結(jié)構(gòu)LNB的合成鮮見報道。日本科學家2007年發(fā)表的論文以蔗糖為底物，經(jīng)過660小時后，可以合成LNB，但是由于反應(yīng)時間過長，無法實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

　　本研究論文中，山東大學微生物技術(shù)國家重點實驗室教授兼博士生導(dǎo)師方詡針對現(xiàn)有多酶合成工藝中能量原料ATP的大量需求以及現(xiàn)有ATP底物循環(huán)模塊產(chǎn)生的抑制酶活性的磷離子等技術(shù)瓶頸，創(chuàng)新性地構(gòu)建了新型的ATP循環(huán)再生模塊，耦合ATP再生系統(tǒng)和丙酮酸氧化酶驅(qū)動的磷循環(huán)模塊，使得β-1-3-乳-N-二糖(LNB)轉(zhuǎn)化率從0.34提高到0.83 mol/mol GlcNAc，并且大幅度減少ATP原料的使用量。進一步針對多酶體系限速酶及反應(yīng)條件優(yōu)化并放大規(guī)模后，乳-N-二糖產(chǎn)量達到了20 g/L, 轉(zhuǎn)化率進一步提高到0.96 mol/mol GlcNAc。該項研究成果生產(chǎn)時間縮短到之前的日本技術(shù)的1/50，為乳-N-二糖的生產(chǎn)提供了可產(chǎn)業(yè)化的新技術(shù)。

　　方詡為山東大學微生物技術(shù)國家重點實驗室教授兼博士生導(dǎo)師。方詡課題組將微生物技術(shù)、分子生物學、合成(細胞和非細胞)生物學有機結(jié)合，重點研究發(fā)展有中國特色，原創(chuàng)、新型的生物煉制技術(shù)，推動以生物質(zhì)為原料制備高附加值化學品的工業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在研國家級項目2項，發(fā)表論文60多篇，獲得發(fā)明專利授權(quán)15項以上，獲得各項獎勵20項以上。此項研究得到了國家重點研究開發(fā)計劃，中國博士后基金，青島市應(yīng)用研究項目、山東省自然科學基金和微生物技術(shù)國家重點實驗室開放基金的資助。(完)