การเพิ่มประสิทธิภาพเงื่อนไขปฏิกิริยาเพื่อให้ได้ผลผลิตสูงของ Stevia Rebaudioside D
อาหารที่มีน้ําตาลสูงทําให้การเกิดโรคเรื้อรังหลายชนิดเพิ่มขึ้น เช่น โรคอ้วน เบาหวาน โรคหัวใจและหลอดเลือด และความดันโลหิตสูง ซึ่งเป็นปัญหาสุขภาพสาธารณะระดับโลกที่สําคัญ Stevia Rebaudioside D (Reb D) สารให้ความหวานธรรมชาติที่ได้จากพืช ได้รับความสนใจอย่างมากในฐานะตัวแทนน้ําตาลเนื่องจากไม่มีแคลอรี่ ความหวานเข้มข้น และรสชาติที่น่าพึงพอใจ
อย่างไรก็ตาม การมีอยู่จํากัดในสตีเวีย เรโบดิอานา เบอร์โตนี และความท้าทายเกี่ยวกับความละลายต่ําและกิจกรรมเอนไซม์ของไกลโคซิลทรานสเฟอเรสที่มาจากพืช ได้ขัดขวางการนําไปใช้ในเชิงพาณิชย์อย่างแพร่หลาย เพื่อตอบสนองต่อปัญหาเหล่านี้ ได้มีการค้นพบสารไกลโคซิลทรานสเฟอเรสชนิดใหม่ชื่อ YojK ซึ่งมีต้นกําเนิดจาก Bacillus subtilis 168 การศึกษานี้แนะนําแบคทีเรียไกลโคซิลทรานสเฟอเรสที่ถูกดัดแปลงพันธุกรรม YojK-I241T/G327N ซึ่งมีความสามารถในการละลายสูงและมีประสิทธิภาพเร่งปฏิกิริยา มีศักยภาพสูงสําหรับการผลิต Reb D ในระดับอุตสาหกรรม
การพัฒนาวิธีการผลิต rebaudioside D ที่มีประสิทธิภาพสูงโดยใช้ปฏิกิริยาต่อเนื่องของเอนไซม์ YojK-I241T/G327N และ AtSuSy
เพื่อแก้ไขปัญหาการละลายต่ําในสารไกลโคซิลทรานสเฟอเรสที่ได้จากพืช นักวิจัยได้ศึกษาความเป็นไปได้ในการใช้ YojK ซึ่งเป็นเอนไซม์โอ-ไกลโคซิลทรานสเฟอเรสจาก Bacillus subtilis 168 YojK ถูกเลือกเนื่องจากแสดงให้เห็นถึงกิจกรรมไกลโคซิเลชันกับสารตั้งต้นหลากหลายชนิด รวมถึงโมเลกุลขนาดใหญ่ หลังจากการแสดงออกและทําให้บริสุทธิ์สําเร็จ YojK ถูกนํามาใช้ในการไกลโคซิเลต Reb A ส่งผลให้เกิด Stevia Reb D การวิเคราะห์จลนศาสตร์เอนไซม์พบว่า YojK มีฤทธิ์เร่งปฏิกิริยาต่อ Reb D ต่ํากว่าไกลโคซิลทรานสเฟอเรสชนิดอื่น ดังนั้น การศึกษานี้จึงชี้ให้เห็นถึงความจําเป็นของวิศวกรรมที่นําทางโครงสร้างเพื่อเสริมสร้างกิจกรรมเร่งปฏิกิริยาของ YojK สําหรับการประยุกต์ใช้งานจริงในอนาคต (ตามที่แสดงในรูปที่ 1)
รูปที่ 1
การเพิ่มประสิทธิภาพเงื่อนไขปฏิกิริยาเพื่อให้ได้ผลผลิตสูงของ rebaudioside D
เงื่อนไขปฏิกิริยา รวมถึงค่า pH, อุณหภูมิ และความเข้มข้นของสารตั้งต้น สามารถปรับให้เหมาะสมเพื่อให้ได้ผลผลิต Srevia Reb D สูง การศึกษานี้ใช้การจําลองพลวัตโมเลกุลเพื่อศึกษาว่าตัวแปร YojK-I241T/G327N ช่วยเพิ่มการไกลโคซิเลตของ Reb D อย่างไร รุ่นนี้รักษาพันธะไฮโดรเจนที่เสถียรระหว่าง Reb A และ H14 ในระหว่างการจําลอง แตกต่างจากชนิดไวลด์ไทป์ (ตามที่แสดงในรูปที่ 2) เสถียรภาพนี้ยังขยายไปถึงระยะห่างระหว่างอะตอม O2 ของ Reb A กับ C1P ของ UDPG ประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาที่ดีขึ้นของรุ่น YojK-I241T/G327N ถูกอธิบายว่าเกิดจากปฏิสัมพันธ์ที่เสถียรเหล่านี้ ซึ่งบ่งชี้ถึงศักยภาพในการใช้งานจริง
รูปที่ 2
รูปที่ 3
บทสรุป
วิธีนี้ให้ผลผลิต Reb D 83.47% โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การเพิ่ม UDPG 1 mM ทําให้สามารถสังเคราะห์ Reb D ได้ 20.59 g/L ด้วยผลผลิตที่น่าทึ่งถึง 91.29% ซึ่งสูงกว่าการศึกษาก่อนหน้านี้ กระบวนการนี้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการผลิต Reb D ในระดับอุตสาหกรรม โดยเฉพาะหลังจากวิศวกรรมโครงสร้างของ YojKYojK สามารถแสดงออกได้อย่างมีประสิทธิภาพใน E. coli BL21 (DE3) ที่มีความสามารถในการละลายสูง ผ่านวิศวกรรมโครงสร้าง ได้สร้างมิวแทนต์คู่ YojK-I241T/G327N ซึ่งช่วยให้สามารถผลิต Reb D ในปริมาณมากด้วยผลผลิตยอดเยี่ยมถึง 91.29% โดยการรีไซเคิล UDPG ที่เร่งปฏิกิริยาด้วยซูโครสซินเทส AtSuSy การศึกษานี้นําเสนอ YojK-I241T/G327N ว่าเป็นเครื่องมือที่มีศักยภาพสําหรับการผลิต Reb D ในระดับอุตสาหกรรมอย่างมีประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจ
