Эффективные гликозилтрансферазы из A. membranaceus позволяют биосинтезировать биоактивные гликозиды птерокарпанов

Исследователи идентифицировали две высокоэффективные гликозилтрансферазы, AmGT28 и AmGT44, из Astragalus membranaceus (астрагала перепончатого). Эти ферменты конвертируют медикарпин в медикарпин 3-O-глюкозид и проявляют предпочтение к птерокарпанам перед изофлавоноидами.

Эти ферменты позволяют осуществлять биосинтез гликозидов и были использованы в цельно-клеточной биокаталитической системе с высокими степенями конверсии. Это открытие предоставляет ценные каталитические инструменты для производства биологически активных гликозидов птерокарпанов, имеющих потенциальное применение в фармацевтике и биотехнологии.

Корень астрагала широко используется в фитотерапии и диетических добавках благодаря богатому содержанию биоактивных гликозидов птерокарпанов. Гликозилирование, опосредованное UDP-гликозилтрансферазами (GTs), играет ключевую роль в биосинтезе этих соединений. В то время как GTs для флавоноидов хорошо изучены, специфичные GTs для птерокарпанов остаются малоизученными, а существующие демонстрируют низкую селективность и степень конверсии.

Исследование, опубликованное в Medicinal Plant Biology 5 июня 2024 года, направлено на восполнение этого пробела.

Ключевые результаты исследования:

  • Проведены молекулярное клонирование и функциональная характеристика двух гликозилтрансфераз, AmGT28 и AmGT44.
  • Очищенные рекомбинантные белки AmGT28 и AmGT44 показали почти 100% степень конверсии в реакции превращения медикарпина в медикарпин 3-O-глюкозид (подтверждено анализом LC/MS).
  • Оба фермента проявили высокую конверсию для птерокарпанов и изофлавоноидов. Был идентифицирован новый продукт — 7-O-глюкозид 5a.
  • AmGT44 показал более высокие степени конверсии для некоторых субстратов по сравнению с AmGT28, что связано с режимами связывания субстрата.
  • AmGT44 может использовать UDP-Glc, UDP-Xyl и UDP-GlcNAc в качестве доноров сахара, в то время как AmGT28 обладает ограниченной универсальностью.
  • Были установлены оптимальные условия реакции для AmGT44, выявившие предпочтение к птерокарпанам.
  • Разработана цельно-клеточная биокаталитическая система для упрощения использования ферментов. В масштабированных реакциях с AmGT44 достигнута конверсия до 100% и титр 78.66 мкг/мл для птерокарпанов.
  • Более низкие степени конверсии для некоторых полярных соединений указывают на необходимость дальнейшей оптимизации.

Как отметил старший исследователь Сюэ Цяо: «Это исследование предоставило эффективные каталитические инструменты для биосинтеза гликозидов птерокарпанов».

Выводы: Идентифицированные ферменты AmGT28 и AmGT44 и созданная на их основе биокаталитическая система предлагают ценные инструменты для биосинтеза биоактивных гликозидов птерокарпанов. Будущая работа может быть направлена на оптимизацию и масштабирование этих систем для промышленного производства.