Ученые нашли ключевой фермент для производства суперсладкого стевиозида Reb M

Конформационные различия сайта связывания субстрата в UGT76G4-Rub (A, C и E) и UGT76G1 (PDB ID: 6INH, B, D и F). Автор: Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2504698122

Стевиолгликозиды — натуральные подсластители, извлекаемые из растения Stevia rebaudiana, широко используются в качестве заменителей сахарозы благодаря высокой сладости и низкой калорийности. Среди них Ребаудиозид М (Reb M) считается следующим поколением высокоценных продуктов на основе стевии из-за его интенсивной сладости и превосходного вкусового профиля. Однако естественное содержание Reb M в стевии крайне низкое.

Для удовлетворения рыночного спроса необходимы эффективные биосинтетические методы. До сих пор ключевой фермент, катализирующий превращение Ребаудиозида D (Reb D) в Reb M в биосинтетическом пути, не был идентифицирован, и общепринято считалось, что это UGT76G1. Однако UGT76G1 проявляет строгую региоселективность к положению C13 стевиолгликозидов, в то время как его каталитическая активность в положении C19 очень слаба.

В исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences 17 сентября, группа ученых под руководством профессора Инь Хэна из Даляньского института химической физики Китайской академии наук идентифицировала ключевую гликозилтрансферазу, катализирующую превращение Reb D в Reb M, и раскрыла молекулярный механизм, лежащий в основе ее субстратной региоселективности.

Исследователи сначала идентифицировали и охарактеризовали UGT76G4, природный вариант UGT76G1, из культивара стевии с высоким выходом Reb M. Они обнаружили, что UGT76G4 проявляет региоселективность в отношении положения C19 стевиолгликозидов как в in vivo, так и in vitro тестах, подтвердив, что это именно тот ключевой фермент, который катализирует превращение Reb D в Reb M.

Затем ученые систематически выяснили молекулярную основу региоселективности UGT76G4 и идентифицировали остаток G200 как критически важный для его C19 каталитической активности.

Кроме того, исследователи создали несколько инструментальных ферментов с улучшенными характеристиками, применив полурациональный дизайн. Они разработали варианты UGT76G4, способные эффективно синтезировать Reb M, используя Ребаудиозид E (Reb E) и Reb D в качестве субстратов.

«Эта работа не только проясняет вопрос о том, какой фермент отвечает за биосинтез Reb M, но и предоставляет созданные биокатализаторы для обеспечения эффективного производства этого подсластителя следующего поколения», — сказал профессор Инь.

Больше информации: Yu Wang et al, Characterization ofSrUGT76G4 reveals a key residue for regioselectivity and efficient Reb M synthesis, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2504698122

Источник: Chinese Academy of Sciences