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为解决 β- 半乳糖苷酶（β-Galactosidases）受体特异性因来源而异等问题，研究人员开展从环境宏基因组数据挖掘新型 β- 半乳糖苷酶基因的研究。结果发现 bga4 基因编码的 Bga4R 在碱性条件下稳定性高、转糖基化底物特异性广。这为糖基化工程提供新工具。
在生命科学的广阔领域中，糖基化工程就像一位神奇的 “化妆师”，通过化学或生物手段给各种化合物加上碳水化合物 “装饰”，从而让生物活性化合物变得更加出色。它能提升这些化合物的水溶性、稳定性，增强靶向能力和功效，还能降低副作用，在新型功能食品和创新治疗药物的开发上有着巨大潜力。
然而，传统的化学糖基化方法却像一个复杂的 “难题”。碳水化合物分子里有好多活泼的羟基，这使得化学糖基化必须经过繁琐的基团保护和脱保护步骤，才能成功搭建起想要的糖苷键，不仅过程复杂，还可能对环境不友好。相比之下，酶促糖基化就像是一位精准的 “工匠”，它凭借立体选择性和区域选择性，一步就能形成特定的糖苷键，而且绿色环保，不需要那些有毒的有机溶剂。
在酶促糖基化这场 “盛宴” 中，糖苷水解酶（Glycoside hydrolases，GHs）可是至关重要的 “主角”，其中 β- 半乳糖苷酶（β-Galactosidases，EC 3.2.1.23）更是备受瞩目。它既能水解 β- 半乳糖苷键，还能催化转糖基化反应，在工业上大显身手，比如把乳糖变成益生元低聚半乳糖，还能用乳糖和硝基苯基 β- 半乳糖苷给各种底物 “穿上” 糖基 “外衣”。但不同来源的 β- 半乳糖苷酶对受体的偏好不一样，找到新型的 β- 半乳糖苷酶就成了科研人员眼中的 “宝藏任务”，因为这意味着能发现新的糖基受体，拓展 β- 半乳糖苷酶在糖基化工程里的 “舞台”。
为了攻克这些难题，国内的研究人员踏上了探索之旅。他们利用宏基因组技术，在土壤这个 “微生物宝库” 里挖掘新型 β- 半乳糖苷酶基因。这项研究成果发表在《Bioresource Technology》上，为糖基化工程领域带来了新的曙光。
研究人员开展研究时，主要用到了以下关键技术方法：首先是宏基因组 DNA 提取技术，从采集自山东泰安的土壤样本中获取基因组 DNA；接着通过宏基因组挖掘技术，从包含 119,152 条序列的数据集里筛选潜在的 β- 半乳糖苷酶基因；最后利用异源表达技术，在大肠杆菌（Escherichia coli）中表达目标基因并对重组酶进行纯化和特性分析 。
下面来看看具体的研究结果：
- 宏基因组挖掘新 β- 半乳糖苷酶基因：研究人员从泰安土壤样本中提取宏基因组 DNA，经检测发现有高分子量 DNA 片段，浓度为 5 ng/μL 。之后在 119,152 条序列的数据集里，挖到了 10 个假定的 β- 半乳糖苷酶基因（命名为 bga1 - bga10 ，编码蛋白 Bga1 - Bga10），其中 5 个编码的酶蛋白和已知酶的序列相似度不到 80%，但预测三维模型里催化位点保守。
- 重组酶的表达与特性分析：经过异源表达和特性鉴定，有两个重组酶对邻硝基苯基 -β-D - 半乳糖吡喃糖苷（o-Nitrophenyl-β-D-galactopyranoside，oNPG）有特异性水解活性。其中 Bga4R 在 pH 7.4、50℃时活性突出，碱性稳定性超棒，而且在转糖基化反应中能接纳多种受体，能把半乳糖基转移到多种单糖和糖醇上，合成各种糖基化衍生物。
研究结论和讨论部分意义重大。研究人员成功从土壤基因组里筛选出新型 β- 半乳糖苷酶基因 bga4，它编码的蛋白和已知酶同源性只有 57.89%。重组 Bga4R 能特异性水解 β- 半乳糖苷键，对含 α- 构型或非半乳糖的底物没活性。这一发现为糖基化工程找到了一个强大的新 “武器”，这种新型 β- 半乳糖苷酶在合成对食品和制药行业有重要价值的半乳糖苷上潜力无限，有望推动相关产业的创新发展，让糖基化工程在更多领域发挥更大的作用，也为后续深入研究 β- 半乳糖苷酶的功能和应用奠定了坚实基础。
