新型酶分解并合成以前未被探索的具有益生元潜力的聚糖

碳水化合物链或聚糖是复杂的糖样化合物，在我们体内的各种生物过程和结构中起着重要作用。半乳糖苷是一种存在于植物、动物和微生物中的聚糖。例如，半乳糖苷存在于植物细胞壁和某些类型的有益糖中，这些有益糖被称为益生元低聚糖，可以支持肠道健康

由于其潜在的健康益处，许多含半乳糖的聚糖也被添加到果汁和奶粉等加工食品中。研究分解这些聚糖的酶对于了解它们的益生元机制以及改善它们在食品和保健品中的使用方式至关重要

β-半乳糖苷酶是从半乳糖苷中释放半乳糖的酶。然而，不同的β-半乳糖苷酶靶向特定的半乳糖苷。这些酶存在于哺乳动物的肠道中，例如人类肠道细菌双歧杆菌，它有助于消化复杂的碳水化合物。最近的研究表明，另一种肠道细菌——拟杆菌木聚糖酶具有利用多种碳水化合物的潜力，尽管对其确切能力知之甚少

在一项新的研究中，由日本东京科技大学（TUS）科学技术学院应用生物科学系副教授Masahiro Nakajima领导的一个研究小组在木聚糖酶中发现了一种新的β-半乳糖苷酶。这种酶专门针对可能具有益生元特性的独特含半乳糖聚糖

团队成员包括来自TUS的中泽裕先生、新潟大学的中井弘之副教授和香川大学的松泽智彦助理教授。这项研究于2025年1月16日发表在《通讯生物学》上。

在讨论他们研究背后的动机时，Nakajima博士解释说：“尽管有许多类型的聚糖具有多样而复杂的结构，但许多聚糖仍然具有未知的功能和潜在用途。由于酶对聚糖的合成至关重要，因此寻找新的酶非常重要。我们的新型酶可用于合成大量具有益生元特性的独特聚糖，这些聚糖可能对人类健康有益。”

B.木聚糖酶含有多个编码β-半乳糖苷酶的基因。研究人员发现，其中一个基因Bxy_22780编码一种新的β-半乳糖苷酶

最初，该酶对天然β-半乳糖苷没有活性。然而，当反应在亲核突变体、α-D-半乳糖氟化物（α-GalF）作为供体底物、半乳糖或D-岩藻糖作为受体底物的存在下进行时，研究小组成功地检测到了反应产物。核磁共振研究证实，反应中产生的二糖是β-1,2-半乳糖苷

对Bxy_22780酶特异性的进一步研究表明，它对低聚半乳糖（GOS）具有高度特异性，低聚半乳糖是一种具有各种连接的低聚糖混合物。值得注意的是，这种酶专门针对具有特定类型化学键的GOS，称为β-1,2-半乳糖苷键。动力学分析还表明，该酶有效地作用于β-1,2-半乳糖苷酶和β-1,2-半乳糖

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为了了解为什么这种酶具有选择性，研究人员使用X射线衍射研究检查了酶的结构。他们发现，这种酶在一个名为亚位点+1的关键位点与一种名为甲基β-吡喃半乳糖的分子结合。

该结构表明，该分子的化学基团的位置非常适合分解这些特定的糖链。这种独特的结构解释了为什么该酶对β-1,2-低聚半乳糖具有高度特异性

Nakajima博士解释说：“β-1,2-低聚半乳糖和酶很少被报道。我们的发现是理解这些独特聚糖功能的关键一步，这些聚糖的作用在很大程度上是未知的。”

“此外，虽然目前没有证据表明β-1,2-低聚半乳糖具有益生元特性，但它们在这方面具有潜力。这种酶还可以为治疗恰加斯病等疾病开辟新的治疗途径，恰加斯病是由产生含有这些结构的聚糖的寄生虫引起的。

”因此，这种新型酶不仅有助于改善人类肠道健康，还有助于开发新的救命药物。“

Bxy_22780的发现标志着益生元研究的重大突破，为改善人类健康带来了令人兴奋的机遇。这种酶可以推动创新益生元产品的开发，以增强肠道健康和支持消化功能，为食品和补充剂行业提供新的机遇