重组酿酒酵母催化甜菊苷合成莱鲍迪苷A的研究

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莱鲍迪苷A(RebaudiosideA,RA苷)是一种从甜叶菊中提取的天然甜味剂,具有高甜度、低热值的优点,口味纯正,不含不良余味。国内市售甜菊糖为混合糖苷,其中甜菊苷(Stevioside,St苷)为主要成份,带有甘草苦味影响甜菊糖的味质。因此,提高混合糖苷中RA苷的相对含量有助于提高甜菊糖的品质。  甜叶菊糖基转移酶UGT76G1特异性催化St苷生成RA苷,该糖基化反应过程中需要昂贵的尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)作为糖基供体。过表达糖基转移酶UGT76G1的重组酿酒酵母YPH499(pESCD1-UGT)能利用胞内UDPG转化St苷合成RA苷,但细胞利用外源简单碳源合成UDPG的量依然有限。实验过表达了UDP-葡萄糖焦磷酸化酶(UGPase),将UGPase基因插入到pESCD1-UGT载体启动子pTEF1后面,获得有效共表达UGT76G1和UGPase的重组菌YPH499(pESCD1-UGT-UGPase)。结果显示,其UGPase比酶活为20.2 U/mg,是对照菌的7倍。反应液中葡萄糖40g/L,甲苯1%,反应温度30℃和pH8.0的条件下催化48 h,重组菌YPH499(pESCD1-UGT-UGPase)转化2 g/L St苷生成RA苷1576.9 mg/L,收率为65.6%,较对照菌YPH499(pESCD1-UGT)提高26.2%。柠檬酸作为6-磷酸果糖激酶的抑制剂,加入柠檬酸可抑制糖酵解途径,增加葡萄糖向合成UDPG方向分流。反应体系中加入2 g/L的柠檬酸钠,RA苷产量为1761.4 mg/L。  酿酒酵母细胞膜和细胞壁影响全细胞催化反应时细胞内外物质传递。实验研究了透性化试剂、酶解细胞壁多糖,以及缺失与细胞壁合成相关的甘露糖基转移酶基因等方式对全细胞催化合成RA苷的影响。研究发现,表面活性剂中SDS处理能力最强,全细胞催化反应48h,体系中加入0.5% SDS,RA苷产量可达500mg/L左右;反应体系中加入1.0%的F-68、TritonⅩ-100、EDTA,RA苷产量较低,仅有100 mg/L左右。比较有机试剂乙醇、甲苯对细胞的通透能力,以甲苯处理后的细胞催化合成RA苷的产量明显。反应体系中加入1%甲苯,反应48 h,RA苷的浓度达到709.6 mg/L。研究细胞壁结构的破坏对全细胞催化合成RA苷的影响,发现β-葡聚糖酶、甘露聚糖酶对细胞壁多糖结构有不同程度的水解。两种酶的复合比例为2∶1(β-葡聚糖酶∶甘露聚糖酶)时,反应12h,RA苷生成量达到179.3 mg/L。此外,还研究了缺失甘露糖基转移酶基因对催化反应的影响。实验室保藏了三株分别缺失编码甘露糖基转移酶基因OCH1、MNN9和MNN1的酿酒酵母BY4742,将pESCD1-UGT-UGPase分别转化到这些酵母菌中。研究发现,BY4742(△OCH1,pESCD1-UGT-UGPase)催化2 g/L St苷反应48h,RA苷生成量为173.6 mg/L;敲除MNN9基因的酵母结果相近。然而,酵母BY4742(△MNN1,pESCD1-UGT-UGPase)仅催化生成约40 mg/L RA苷。  在重组菌YPH499(pESCD1-UGT-UGPase)生长过程中,组成型启动子pPGK1控制下UGT76G1的表达水平与pTEF1控制的UGPase的表达水平不一致。将UGT76G1基因的启动子pPGK1替换为pHXT7,使重组菌生长到密度较高时,其UGT76G1和UGPase酶活力均较高。重组菌生长24 h,菌体密度OD600达到7.03, UGT76G1和UGPase分别为1.72 mU/mg总蛋白和20.25 U/mg总蛋白。重组菌YPH499(pESCD2-UGT-UGPase)转化St苷的能力增强。反应48 h,细胞催化4 g/L St苷合成RA苷4560.5 mg/L,其收率已达到94.7%。细胞重复利用性较好。重组菌重复利用五次,RA苷的相对产量在30%以上。该菌株对于母液糖的转化也具有良好的应用潜力。
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