工程化耐热内聚半乳糖醛酸酶以生成具有益生元活性的果胶寡糖

《Systems Microbiology and Biomanufacturing》：Engineering of thermostable endo-polygalacturonase to generate prebiotic-active pectic oligosaccharides

　　聚半乳糖苷酶工程改造提升热稳定性及前肠促活性。Kp-pePGB从解淀粉芽孢杆菌异源表达后，通过E257C/N286C/D207N三突变体理性设计，使耐55℃热稳定性提高11.6倍，并保持催化性能。分子动力学模拟显示新形成的二硫键和静电相互作用优化了热稳定性。突变体高效产短链果胶寡糖，显著促进Pediococcus acidilactici等益生菌增殖，验证其前细菌潜力。该成果为热胁迫条件下的功能寡糖生产提供新酶源，并建立酶家族热稳定性改良策略。

　　

摘要

内切聚半乳糖醛酸酶在将果胶分解为具有多种生物活性的功能性寡糖方面具有重要价值，这些寡糖具有益生元、抗癌和抗菌等作用。在本研究中，从Penicillium arizonense中分离出的一种新型内切聚半乳糖醛酸酶（Kp-pePGB）被异源表达在Komagataella phaffii中。该重组酶在65°C和pH 5.0条件下表现出最佳活性，并且具有较宽的pH稳定性（pH 3.5–8.0）。然而，其热不稳定性限制了其工业应用前景。为了解决这一问题，研究人员采用了基于结构的理性设计方法来引入稳定突变。 triple突变体E257C/N286C/D207N在55°C下孵育60分钟后，残余活性显著提高了11.6倍，同时并未影响其催化性能。分子动力学模拟表明，这种热稳定性的提升是由于新引入的二硫键和优化的静电相互作用所致。重要的是，这种突变体能够高效生成果胶寡糖，显著促进了包括Pediococcus acidilactici、Lactobacillus paracasei和Lactobacillus plantarum在内的有益益生菌的生长，从而证明了其作为益生元的潜力。本研究不仅提供了一种适用于高温条件生产益生元寡糖的有前景的内切聚半乳糖醛酸酶，还为提高聚半乳糖醛酸酶家族其他酶的热稳定性提供了有效的工程策略。