中新網山東新聞3月1日電 人乳寡糖(HMOs)的核心結構單元半乳糖和氨糖形成乳-N-二糖(LNB)合成技術取得重大突破。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，使得LNB轉化率從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。據最新研究報告預計，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)�；铣桑萍s了其生物學功能的研究和廣泛應用。國內的研究處于起步階段，尚未實現(xiàn)規(guī)模工業(yè)化生產，為了突破國際技術壟斷，研發(fā)具有自主、高效、經濟的人乳寡糖制備技術亟為所需。
目前為止，已經約有200 多種人乳寡糖的結構被鑒定解析，結構復雜的人乳寡糖(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個常見的單糖構成。復雜的人乳寡糖HMOs核心結構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，依此為基礎進行糖鏈的延伸修飾形成種類繁多的HMOs庫。然而關于人乳寡糖(HMOs)其核心結構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，經過660小時后，可以合成LNB，但是由于反應時間過長，無法實現(xiàn)產業(yè)化。
本研究論文中，山東大學微生物技術國家重點實驗室教授兼博士生導師方詡針對現(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)模塊產生的抑制酶活性的磷離子等技術瓶頸，創(chuàng)新性地構建了新型的ATP循環(huán)再生模塊，耦合ATP再生系統(tǒng)和丙酮酸氧化酶驅動的磷循環(huán)模塊，使得β-1-3-乳-N-二糖(LNB)轉化率從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條件優(yōu)化并放大規(guī)模后，乳-N-二糖產量達到了20 g/L, 轉化率進一步提高到0.96 mol/mol GlcNAc。該項研究成果生產時間縮短到之前的日本技術的1/50，為乳-N-二糖的生產提供了可產業(yè)化的新技術。
方詡為山東大學微生物技術國家重點實驗室教授兼博士生導師。方詡課題組將微生物技術、分子生物學、合成(細胞和非細胞)生物學有機結合，重點研究發(fā)展有中國特色，原創(chuàng)、新型的生物煉制技術，推動以生物質為原料制備高附加值化學品的工業(yè)生物技術產業(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，青島市應用研究項目、山東省自然科學基金和微生物技術國家重點實驗室開放基金的資助。(完)
