基于Spy化学自组装双酶系统的β-1,3-葡聚糖一锅法高效合成及其可调控聚合度研究

　　本研究针对β-1,3-葡聚糖传统生产方法效率低、成本高的问题，通过构建热稳定蔗糖磷酸化酶(BaSP)与β-1,3-葡聚糖磷酸化酶(TaβGP)的自组装双酶系统，利用SpyCatcher/SpyTag技术实现97.4%的底物转化率，并实现聚合度(DPn )在13-31间的精准调控，为功能性多糖的绿色工业化生产提供新策略。

　　

β-1,3-葡聚糖作为具有抗炎、抗肿瘤等生物活性的功能性多糖，其工业化生产长期受限于传统提取法的环境负担与结构不均一性。现有酶法合成面临底物通道效率低、热稳定性差等瓶颈，特别是缺乏能直接以葡萄糖为引物的热稳定β-1,3-葡聚糖磷酸化酶。针对这一挑战，中国研究人员在《Carbohydrate Polymers》发表的研究，通过创新性整合热稳定酶工程与Spy化学自组装技术，实现了从可再生蔗糖高效合成结构可控的β-1,3-葡聚糖。

研究采用三种核心技术：1) 热稳定酶挖掘——利用来自Thermosipho africanus的TaβGP（GH161家族）和Bifidobacterium adolescentis的BaSP；2) SpyTag/SpyCatcher介导的共价自组装构建双酶复合体；3) 动态光散射(DLS)和凝胶渗透色谱(GPC)分析产物聚合度分布。

【Design of an in vitro dual-enzyme system】通过优化自由酶比例，实现150 mM蔗糖3小时内93.1%转化率。关键突破在于发现TaβGP可直接以葡萄糖为引物，克服了传统GH161酶需短链寡糖引物的限制。

【Self-assembled dual-enzyme system construction】Spy化学组装使中间体G1P通道化效率达68.5%，500 mM蔗糖转化率提升至97.4%，反应速率较自由酶提高4倍。冷冻电镜显示酶间距缩短至5 nm，证实了底物通道效应。

【Tunable DP control】通过调节葡萄糖引物浓度(1-150 mM)，实现DP_n
从31到13的精准调控。1 mM葡萄糖条件下获得单分散性指数1.01的高纯度不溶性β-1,3-葡聚糖(DP_n
=31)，生产率达13.2 g/L/h。

结论部分强调，该研究首次将Spy化学应用于多糖合成领域，建立的"酶挖掘-自组装-过程调控"技术体系具有三重创新：1) 利用TaβGP的葡萄糖引物特性简化反应体系；2) Spy共价连接保持95%以上酶活，远高于传统交联法；3) 实现产物分子量工业级精准控制。该成果为功能性多糖的绿色制造提供了可扩展的模块化平台，尤其对疫苗佐剂、药物递送等需要特定DP产物的应用场景具有重要价值。讨论指出，未来可通过引入更多模块化酶单元进一步延长DP范围，并探索该技术在其他糖链合成中的普适性。