Establishment of a cell-free multi-enzyme cascade for the synthesis of UDP-GalNAc

级联 化学 组合化学 生物化学 计算生物学 生物 色谱法
作者
Thanh Hoang,Sara-Theres Wormstall,Hai Nam Hoang,Udo Reichl,Thomas Rexer
出处
期刊:New Biotechnology [Elsevier BV]
卷期号:89: 20-28 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.nbt.2025.05.003
摘要

UDP-N-acetylgalactosamine (UDP-GalNAc) is an essential building block in the synthesis of glycans including O-glycans and glycosaminoglycans. For the latter, enzymatic synthesis is often a promising approach for producing multi-gram amounts. However, the high cost of UDP-GalNAc has limited this approach. This study reports on the development and optimization of a multi-enzyme cascade for synthesizing UDP-GalNAc from inexpensive substrates. Consisting of six recombinant enzymes, the cascade converts uridine (Uri) and GalNAc to UDP-GalNAc with in situ ATP regeneration using polyphosphate (PolyPn). Two rounds of Design of Experiments (DoE) optimization were performed to systematically evaluate and optimize reaction parameters including pH, temperature, MgCl2, ATP, and PolyPn concentrations. The established cascade achieved a percentage yield of 95 % and an UDP-GalNAc titer of 46.1 mM (28 g/L). This represented a 19-fold improvement over the initial conditions. Purification by anion-exchange chromatography yielded a maximum recovery of 89 % and a purity of 90 %. Overall, this scalable, low-cost enzymatic synthesis of UDP-GalNAc overcomes current limitations in availability and cost, potentially enabling new applications in the field of glycobiotechnology.
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