Integrated Protein Engineering and Expression Balancing Enable Efficient d-Allulose Production

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作者
Xue Cai,Cheng-Hao Hu,A-Yang Wu,Yanfeng Yan,Xinyue Fang,Xinyan Lu,Changhui Hu,Wenjiang Yang,Hongyan Wang,Xiaojian Zhang,Li-Qun Jin,Mian Li,Zhi‐Qiang Liu,Yu‐Guo Zheng
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:73 (40): 25562-25572 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.5c09894
摘要

Allulose, a rare sugar with promising applications in food and health industries, can be efficiently synthesized via biocatalysis using d-allulose 3-epimerase (DAE). However, challenges in enzyme thermostability and cascade efficiency limit industrial scalability with low-cost substrates. Here, we engineered a thermostable DAE from Clostridium cellulolyticum through semirational design, yielding a triple mutant (F155Y/D281G/C289R) with a 12.0 °C increase in melting temperature (Tm to 73.2 °C), optimal temperature shifted to 60 °C, and a conversion rate improved from 27.5 to 33.3%─surpassing reported rates. Integrated with a modular coexpression system for expression-level balancing between DAE and thermophilic glucose isomerase, our one-pot cascade achieved high d-allulose titers from glucose (18.5%), F42 fructose syrup (17.4%), and corncob hydrolysate (7.5%)─outperforming literature benchmarks in yield and sustainability. This work advances green biomanufacturing by converting agricultural residues into high-value sugars, offering a scalable alternative to traditional methods with reduced costs and enhanced process continuity.
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