優化反應條件以達成高產率的甜菊 Rebaudioside D
高糖飲食導致各種慢性疾病的盛行率上升，包括肥胖、糖尿病、心血管疾病和高血壓，成為全球重大的公共衛生問題。Stevia Rebaudioside D（Reb D）是一種天然植物甜味劑，因其零熱量、強烈的甜味和悅耳的口感而備受關注，成為糖的替代品。
然而，其在甜葉菊 Bertoni 中的存在有限，以及植物衍生糖基轉移酶的低溶解度與酵素活性等挑戰，阻礙了其廣泛的商業應用。針對這些問題，發現了一種名為YojK的新型糖基轉移酶，源自枯葉桿菌168。本研究引入了基因改造的細菌糖基轉移酶YojK-I241T/G327N，具有高溶解度與催化效率，具備工業規模生產Reb D的巨大潛力。
開發出一種利用 YojK-I241T/G327N 與 AtSuSy 酶級聯反應的高效方法，以產生 rebaudioside D。
為了解決植物衍生糖基轉移酶中低溶解度的問題，研究人員探討了使用來自Bacillus subtilis 168的O-糖基轉移酶YojK的潛力。選擇YojK是因為其在多種底物（包括大分子）中展現出糖基化活性。成功重組表達與純化後，YojK被用來糖基化Reb A，產生甜菊Reb D。酵素動力學分析顯示，YojK對Reb D的催化活性低於其他糖基轉移酶。因此，研究建議結構導引工程為提升YojK催化活性，以實現潛在的實際應用。（如圖1所示）
圖1
優化反應條件以達成高產率的雷巴迪奧苷D。
反應條件，包括pH值、溫度及底物濃度，可優化以達成高產率的Srevia Reb D。該研究利用分子動力學模擬探討YojK-I241T/G327N變異株如何增強Reb D醣基化。該變異型在模擬中維持 Reb A 與 H14 之間的穩定氫鍵，與野生型不同（如圖 2 所示）。這種穩定性也延伸到Reb A的O2原子與UDPG的C1P之間的距離。YojK-I241T/G327N 變體提升的催化效率歸功於這些穩定相互作用，顯示其實用潛力。
圖2
圖 3
結論
此方法產生83.47%的Reb D。值得注意的是，加入1 mM UDPG後，合成出20.59 g/L Reb D，產率高達91.29%，超越先前研究。此工藝展現了工業規模Reb D生產的潛力，尤其是在YojK結構工程之後。YojK可在大腸桿菌BL21（DE3）中高效表達，且溶解度高。透過結構導引工程，產生了雙突變體YojK-I241T/G327N，透過回收由蔗糖合成酶AtSuSy催化的UDPG，實現了大規模生產Reb D，產率高達91.29%。本研究將YojK-I241T/G327N介紹為一種具潛力的工業規模Reb D生產工具。
