Síntesis de 2'-fucosilactosa mediante cascada multienzimática con regeneración de cofactores

Área de la Ciencia:

• Bioquímica y Biología Sintética
• Síntesis Enzimática
• Química de Carbohidratos

Sus antecedentes:

• La 2'-fucosilactosa (2'-FL) es un oligosacárido clave de la leche humana con importantes beneficios para la salud.
• Los métodos de síntesis de 2'-FL existentes se centran principalmente en rutas in vivo a partir de glucosa y glicerol.
• Existe la necesidad de métodos de síntesis in vitro eficientes y escalables para la producción de 2'-FL.

Objetivo del estudio:

• Establecer el primer sistema de cascada multienzimática in vitro para la síntesis de novo de 2'-FL.
• Utilizar manosa y lactosa como sustratos para la producción de 2'-FL.
• Diseñar y optimizar enzimas y la regeneración de cofactores para mejorar el rendimiento de 2'-FL.

Principales métodos:

• Se diseñó una glucomanokinasa dependiente de polifosfato (PPGMK) modificada para la fosforilación de manosa.
• Se optimizó un sistema de cascada multienzimática que incluye GDP-D-manosa-4,6-dehidrataza (gmd) y α-1,2-fucosiltransferasa.
• Se implementó un sistema eficiente de regeneración de GTP utilizando polifosfato quinasa 2 para el reciclaje de cofactores.

Principales resultados:

• Se logró una mejora de 2,94 veces en la producción de 2'-FL a través de la optimización del sistema y la regeneración de GTP.
• Se sintetizaron 13,18 mM de 2'-FL en una reacción de un solo paso utilizando manosa y lactosa.
• Se demostró una eficiencia excepcional de cofactores, reduciendo el consumo de NADPH y GTP en 6,6 veces.

Conclusiones:

• Se estableció una nueva ruta enzimática de novo para la síntesis de 2'-FL.
• Se identificó la GDP-D-manosa-4,6-dehidrataza como una enzima crítica limitante de la velocidad.
• Se proporcionaron ideas sobre la construcción de vías y la ingeniería de enzimas para la producción de oligosacáridos.