Highly efficient production of rebaudioside D enabled by structure-guided engineering of bacterial glycosyltransferase YojK

糖基转移酶 雷巴迪甙A 甜蜜 化学 甜菊醇 枯草芽孢杆菌 甜叶菊 蛋白质工程 生物化学 立体化学 甜菊苷 食品科学 细菌 生物 病理 替代医学 医学 遗传学
作者
Baodang Guo,Xiaodong Hou,Yan Zhang,Zhiwei Deng,Ping Qian,Kai Fu,Zhenbo Yuan,Yijian Rao
出处
期刊:Frontiers in Bioengineering and Biotechnology [Frontiers Media]
卷期号:10: 985826-985826 被引量:19
标识
DOI:10.3389/fbioe.2022.985826
摘要

Owing to zero-calorie, high-intensity sweetness and good taste profile, the plant-derived sweetener rebaudioside D (Reb D) has attracted great interest to replace sugars. However, low content of Reb D in stevia rebaudiana Bertoni as well as low soluble expression and enzymatic activity of plant-derived glycosyltransferase in Reb D preparation restrict its commercial usage. To address these problems, a novel glycosyltransferase YojK from Bacillus subtilis 168 with the ability to glycosylate Reb A to produce Reb D was identified. Then, structure-guided engineering was performed after solving its crystal structure. A variant YojK-I241T/G327N with 7.35-fold increase of the catalytic activity was obtained, which allowed to produce Reb D on a scale preparation with a great yield of 91.29%. Moreover, based on the results from molecular docking and molecular dynamics simulations, the improvement of enzymatic activity of YojK-I241T/G327N was ascribed to the formation of new hydrogen bonds between the enzyme and substrate or uridine diphosphate glucose. Therefore, this study provides an engineered bacterial glycosyltransferase YojK-I241T/G327N with high solubility and catalytic efficiency for potential industrial scale-production of Reb D.
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