Potential applications of glucosyltransferases in terpene glucoside production: impacts on the use of aroma and fragrance
- 作者
- Wilfried Schwab, Thilo C. Fischer, Ashok Giri, Matthias Wüst
- 杂志
- Applied Microbiology and Biotechnology（2014）
- DOI
- 10.1007/s00253-014-6229-y
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
挥发性萜烯类香料化合物易挥发且不稳定，需要稳定化。糖基化可形成无味稳定的萜烯糖苷，实现香料缓释，但催化单萜糖苷形成的糖基转移酶（GT）功能表征滞后，缺乏高效生物催化剂。
研究策略
综述近年来通过基因组挖掘、代谢物谱分析、重组蛋白表征及基于生理性苷元库的定向筛选，鉴定来自葡萄和猕猴桃的单萜醇特异性糖基转移酶，并利用全细胞生物转化和UDP-葡萄糖再生系统实现萜烯糖苷的生物催化生产。
核心内容
挥发性萜烯类香料易挥发且化学性质不稳定，糖基化生成萜烯糖苷是实现其稳定化和缓释的有效途径，但缺乏高效的单萜糖基转移酶制约了生物催化应用。该综述系统梳理了近年来通过基因组挖掘、代谢物谱分析和基于植物生理性苷元库的定向筛选，从葡萄和猕猴桃中鉴定出多个具单萜醇特异性的糖基转移酶，包括VvGT14、VvGT15a-c和AdGT4。动力学表征显示，葡萄VvGT14对香叶醇的Km为9±1.2 μM，kcat/Km为2.6 s⁻¹ mM⁻¹，而猕猴桃AdGT4的kcat/Km达到14.5 s⁻¹ mM⁻¹，催化效率显著更高。进一步结合高密度发酵的全细胞生物转化系统，在6小时内实现240 mg香叶基葡萄糖苷的合成，并借助UDP-葡萄糖再生途径降低辅底物成本。这些结果表明，新发现的单萜醇特异性糖基转移酶配合辅因子再生策略，可构成经济可行的萜烯糖苷生产技术路线，为其在食品、日化等领域作为缓释香料和抗菌剂的工业化应用奠定了基础。
创新点
['首次报道来自葡萄（VvGT14, VvGT15a-c）和猕猴桃（AdGT4）的高效单萜醇特异性糖基转移酶', '开发了基于植物组织生理性苷元库的靶向功能筛选方法，加速GT功能鉴定', '建立高密度发酵全细胞生物转化系统，实现香叶基葡萄糖苷的高产（240 mg/6 h）']
研究对象（8）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| — | 萜烯糖苷生物合成 | VvGT14 | VvGT14 | 催化 | 来源于葡萄（Vitis vinifera），优先葡萄糖基化香叶醇，Km=9 μM，kcat=0.02 s⁻¹ |
| — | 萜烯糖苷生物合成 | VvGT15a | VvGT15a | 催化 | 来源于葡萄，对香叶醇Km=63±2.4 μM，kcat=0.12 s⁻¹ |
| — | 萜烯糖苷生物合成 | VvGT15b | VvGT15b | 催化 | 来源于葡萄，对香叶醇Km=81±1.0 μM，kcat=0.10 s⁻¹ |
| — | 萜烯糖苷生物合成 | VvGT15c | VvGT15c | 催化 | 来源于葡萄，对香叶醇Km=43±0.7 μM，kcat=0.17 s⁻¹ |
| — | 萜烯糖苷生物合成 | AdGT4 | AdGT4 | 催化 | 来源于猕猴桃（Actinidia deliciosa），对香叶醇Km=76±11.1 μM，kcat=11.05 s⁻¹，kcat/Km=14.5 s⁻¹ mM⁻¹ |
| — | 环烯醚萜苷生物合成 | UGT85A24 | UGT85A24 | 催化 | 来源于栀子（Gardenia jasminoides），催化7-脱氧马钱苷酸等环烯醚萜的葡萄糖基化 |
| — | 环烯醚萜苷生物合成 | UGT8 | UGT8 | 催化 | 来源于长春花（Catharanthus roseus），催化7-脱氧马钱苷酸葡萄糖基化 |
| 微生物全细胞生物转化系统 | 萜烯糖苷生物合成 | — | — | 催化 | 利用重组微生物整细胞再生UDP-葡萄糖，3-L发酵生产香叶基葡萄糖苷240 mg/6 h |
关键发现
['从玫瑰花瓣中首次分离出香叶基、橙花基和香茅基葡萄糖苷（1969年）', 'CAZy GT1家族成员数量在植物中从15（小立碗藓）到377（巨桉）不等', '利用3-L高密度发酵系统在6小时内生产240 mg香叶基葡萄糖苷', 'VvGT14对香叶醇的Km为9±1.2 μM，kcat为0.02 s⁻¹，kcat/Km为2.6 s⁻¹ mM⁻¹', 'AdGT4对香叶醇的Km为76±11.1 μM，kcat为11.05 s⁻¹，kcat/Km为14.5 s⁻¹ mM⁻¹', 'VvGT15c对香叶醇的kcat/Km为3.9 s⁻¹ mM⁻¹，对UDP-葡萄糖为5.0 s⁻¹ mM⁻¹', '27种拟南芥GT能糖基化多种单萜、倍半萜和二萜，但未提供动力学数据']
研究结论
糖基转移酶（特别是新发现的单萜醇特异性GT）能够高效催化萜烯糖苷合成，结合UDP-葡萄糖再生系统可实现萜烯糖苷的经济生物技术生产。这些糖苷作为缓释香料和抗菌剂在食品、化妆品等行业有广泛应用前景。