تحسين ظروف التفاعل لتحقيق عائد مرتفع من ستيفيا ريبوديوسيد د
أدت الأنظمة الغذائية عالية السكر إلى ارتفاع انتشار الأمراض المزمنة المختلفة، بما في ذلك السمنة والسكري وأمراض القلب والأوعية الدموية وارتفاع ضغط الدم، مما يشكل مصدر قلق كبير للصحة العامة العالمية. اكتسب ستيفيا ريبايوديوسيد د (ريب د)، وهو مُحلٍّ طبيعي مشتق من النباتات، اهتمامًا كبيرًا كبديل للسكر بسبب محتواه الخالي من السعرات الحرارية وحلاوته الشديدة وملامح طعمه اللطيفة.
ومع ذلك، فإن وجوده المحدود في ستيفيا ريبوديانا بيرتوني والتحديات المتعلقة بقابلية الذوبان المنخفضة والنشاط الإنزيمي لغليكوزيل ترانسفيراز المشتق من النباتات أعاقت تطبيقه التجاري الواسع النطاق. استجابةً لهذه المشكلات، تم اكتشاف إنزيم غليكوزيل ترانسفيراز جديد يُدعى YojK، ينشأ من Bacillus subtilis 168. تقدم هذه الدراسة إنزيم غليكوزيل ترانسفيراز بكتيري معدل وراثيًا، YojK-I241T/G327N، يتميز بقابلية ذوبان عالية وكفاءة تحفيزية، مما يوفر إمكانات كبيرة للإنتاج الصناعي لريب د.
تطوير طريقة عالية الكفاءة لإنتاج ريبايوديوسيد د باستخدام تفاعل متسلسل لإنزيمي YojK-I241T/G327N وAtSuSy.
لمعالجة مشكلة قابلية الذوبان المنخفضة في غليكوزيل ترانسفيراز المشتق من النباتات، بحث الباحثون في إمكانية استخدام YojK، وهو O-غليكوزيل ترانسفيراز من Bacillus subtilis 168. تم اختيار YojK بسبب نشاطه الموثق في الغليكوزيلة مع ركائز مختلفة، بما في ذلك الجزيئات الكبيرة. بعد التعبير المؤتلف الناجح والتنقية، تم استخدام YojK لغليكوزيلة ريب أ، مما أدى إلى إنتاج ستيفيا ريب د. كشف التحليل الحركي للإنزيم أن YojK لديه نشاط تحفيزي أقل تجاه ريب د مقارنة بغليكوزيل ترانسفيراز الأخرى. وبالتالي، تشير الدراسة إلى ضرورة الهندسة الموجهة بالبنية لتعزيز النشاط التحفيزي لـ YojK للتطبيقات العملية المحتملة. (كما هو موضح في الشكل 1)
الشكل 1
تحسين ظروف التفاعل لتحقيق إنتاجية عالية من ريبايوديوسيد د.
يمكن تحسين ظروف التفاعل، بما في ذلك الرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة وتركيز الركيزة، لتحقيق إنتاجية عالية من ستيفيا ريب د. استخدمت الدراسة محاكاة الديناميكا الجزيئية للتحقيق في كيفية تعزيز متغير YojK-I241T/G327N لغليكوزيلة ريب د. حافظ المتغير على رابطة هيدروجينية مستقرة بين ريب أ وH14 أثناء المحاكاة، على عكس النوع البري (كما هو موضح في الشكل 2). امتد هذا الاستقرار أيضًا إلى المسافة بين ذرة O2 لريب أ وC1P لـ UDPG. يُعزى تحسين الكفاءة التحفيزية لمتغير YojK-I241T/G327N إلى هذه التفاعلات المستقرة، مما يشير إلى إمكاناته العملية.
الشكل 2
الشكل 3
الاستنتاج
أسفر هذا النهج عن 83.47% من ريب د. ومن الجدير بالذكر أن إضافة 1 مللي مولار من UDPG سمح بتخليق 20.59 جم/لتر من ريب د بعائد ملحوظ بلغ 91.29%، متجاوزًا الدراسات السابقة. تُظهر هذه العملية إمكانات الإنتاج الصناعي لريب د، خاصة بعد الهندسة الهيكلية لـ YojK.يمكن التعبير عن YojK بكفاءة في E. coli BL21 (DE3) مع قابلية ذوبان عالية. من خلال الهندسة الموجهة بالبنية، تم إنشاء متغير مزدوج، YojK-I241T/G327N، مما يتيح الإنتاج واسع النطاق لريب د بعائد استثنائي يبلغ 91.29% عن طريق إعادة تدوير UDPG المحفز بواسطة إنزيم سكروز سينثاز AtSuSy. تقدم هذه الدراسة YojK-I241T/G327N كأداة واعدة للإنتاج الصناعي الفعال اقتصاديًا لريب د.
