스테비아 레바우디오사이드 D의 높은 수율을 달성하기 위한 반응 조건 최적화
고당 식단은 비만, 당뇨병, 심혈관 질환, 고혈압 등 다양한 만성 질환의 유병률을 증가시키며 전 세계적으로 심각한 공중보건 문제를 제기하고 있습니다. 스테비아 레바우디오사이드 D(Reb D)는 식물에서 추출한 천연 감미료로, 칼로리 0, 강한 단맛, 그리고 쾌적한 맛 덕분에 설탕 대체품으로 큰 주목을 받고 있습니다.
그러나 스테비아 레바우디아나 베르토니에서의 제한된 존재와 식물유래 글리코실트랜스퍼라제의 낮은 용해도와 효소 활성의 문제로 인해 광범위한 상업적 적용이 어려웠습니다. 이러한 문제에 대응하여, Bacillus subtilis 168에서 유래한 새로운 글리코실트랜스퍼라제인 YojK가 발견되었습니다. 본 연구는 높은 용해도와 촉매 효율을 특징으로 하는 유전자 변형 박테리아 당화효소 YojK-I241T/G327N을 도입하여 Reb D의 산업 규모 생산에 큰 잠재력을 제공합니다.
YojK-I241T/G327N과 AtSuSy 효소의 연쇄 반응을 이용한 레바우디오사이드 D 생산을 위한 고효율 방법 개발.
식물유래 당화전이의 낮은 용해도 문제를 해결하기 위해, 연구진은 Bacillus subtilis 168의 O-글리코실트랜스퍼라제인 YojK를 활용하는 가능성을 조사했습니다. YojK는 다양한 기질, 특히 큰 분자에 대한 당화 활성이 입증되어 선택되었습니다. 성공적인 재조합 발현 및 정제 후, YojK는 Reb A를 글리코실화하여 스테비아 Reb D를 생성했습니다. 효소 반응 분석 결과, YojK는 다른 글리코실트랜스퍼라제에 비해 Reb D에 대한 촉매 활성이 낮음을 보여주었습니다. 따라서 이 연구는 YojK의 촉매 활성을 잠재적 실용적 응용으로 향상시키기 위해 구조 유도 공학의 필요성을 시사합니다. (그림 1에 나타난 것처럼)
그림 1
레바우디오사이드 D의 높은 수율을 달성하기 위한 반응 조건 최적화.
pH, 온도, 기질 농도를 포함한 반응 조건을 최적화하여 높은 수율을 달성할 수 있습니다. 이 연구는 분자 역학 시뮬레이션을 사용하여 YojK-I241T/G327N 변이체가 Reb D 당실화를 어떻게 증진하는지 조사했습니다. 이 변형은 야생형과 달리 시뮬레이션 중 Reb A와 H14 사이에 안정적인 수소 결합을 유지했다(그림 2 참조). 이 안정성은 Reb A의 O2 원자와 UDPG의 C1P 사이의 거리에도 확장되었습니다. YojK-I241T/G327N 변형의 향상된 촉매 효율은 이러한 안정적인 상호작용 덕분으로 여겨지며, 실용적 잠재력을 시사합니다.
그림 2
그림 3
결론
이 방법은 83.47%의 Reb D를 얻었습니다. 특히 1 mM UDPG를 추가하면 20.59 g/L Reb D를 합성할 수 있었으며, 이는 이전 연구를 뛰어넘는 놀라운 91.29%의 수율이었습니다. 이 공정은 특히 YojK의 구조공학 이후 산업 규모의 Reb D 생산이 가능함을 보여줍니다.YojK는 높은 용해도를 가진 대장균 BL21(DE3)에서 효율적으로 발현될 수 있습니다. 구조 유도 공학을 통해 이중 돌연변이체인 YojK-I241T/G327N이 만들어졌고, 자당 합성효소 AtSuSy에 의해 촉매된 UDPG를 재활용하여 91.29%의 뛰어난 수율로 Reb D를 대량으로 생산할 수 있게 되었습니다. 본 연구는 YojK-I241T/G327N을 경제적으로 효과적인 산업 규모 Reb D 생산에 유망한 도구로 제시합니다.
