Ancestral Sequence Reconstruction and Semirational Engineering of Glycosyltransferase for Efficient Synthesis of Rare Ginsenoside Rh1

序列(生物学) 人参皂甙 计算生物学 化学 生物 立体化学 生物化学 医学 人参 病理 替代医学
作者
Meijuan Deng,Binhao Wang,Jieyu Zhou,Jinjun Dong,Ye Ni,Ruizhi Han
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:73 (13): 7944-7953 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.5c00964
摘要

Rare ginsenoside Rh1, exhibiting great potential in the food industry, is limited by its natural scarcity. This constraint has driven the development of biocatalytic synthesis approaches, yet robust enzymes capable of efficient production remain elusive. Here, we employed the ancestral sequence reconstruction (ASR) approach to create a thermostable UDP-dependent glycosyltransferase (UGT227) for Rh1 synthesis from 20( S )-protopanaxatriol (PPT). UGT227 exhibited enhanced thermostability ( t 1/2 = 44.2 h at 60 °C) but initially yielded only 15% Rh1. Semirational engineering generated the I83A/F285 M variant, increasing the yield to 92%. For economic viability, the I83A/F285 M variant was coexpressed with Arabidopsis thaliana sucrose synthase (AtSUS1), enabling the use of cost-effective sucrose for UDP-glucose regeneration. This integration achieved a 99.9% yield at a 1 mM PPT. Molecular dynamics simulations revealed that the enlarged binding pocket entrance of I83A/F285 M contributed to the enhanced Rh1 yield. Our findings offer strategies for efficient biosynthesis of Rh1 and pave the way for economically feasible production.
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