Tóm tắt nghiên cứu

Phó giáo sư Nakajima Masahiro, Khoa Khoa học Sinh học, Khoa Khoa học và Kỹ thuật, Đại học Khoa học Tokyo, Nakazawa Hiroyuki (hoàn thành chương trình Thạc sĩ Nakai, NAKA Matsuzawa Tomohiko, Khoa Khoa học sinh học ứng tỷ lệ kèo góc nhà cái, Khoa Nông nghiệp, Đại học Kagawa, là một loại vi khuẩn đường ruột có thể phá vỡ nicotineBacteroides xylanisolvens(sau đây là "b xylanisolvens") và một nhóm các enzyme phân hủy galactooligosacarit với tính đặc hiệu của chất nền mới đã được phát hiện

oligosacarit có mặt rộng rãi trong tự nhiên, bao gồm cả sữa mẹ và được biết là có hiệu quả trong việc điều chỉnh môi trường đường ruột bằng cách không bị phân hủy hoặc hấp thụ ở đầu đường tiêu hóa và là chất dinh dưỡng cho vi khuẩn tốt như bifidobacteria ở ruột Các thành phần thực phẩm có hiệu ứng này được gọi là prebiotic, và oligosacarit, có khả năng chống tiêu hóa, là đại diện cho những điều này

Galactosides là carbohydrate được tìm thấy trong thành tế bào thực vật và trong các oligosacarit khác nhau β-galactosidase là một loại enzyme phá vỡ galactoside để tạo ra galactose Để khám phá các oligosacarit rất hữu ích và sản xuất hàng loạt chúng, điều quan trọng là tìm kiếm các enzyme mới để tổng hợp các oligosacarit Cụ thể, việc tìm kiếm-galactosidase với tính đặc hiệu cơ chất mới có thể dẫn đến sự phát triển của các oligosacarit chức năng mới

Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã xác định được một β-galactosidase với tính đặc hiệu chất nền mới từ Enterobacterium B, Xylanisolvens Điều này hoạt động trên một chuỗi đường độc đáo gọi là β-1,2-galactooligosacarit (Hình 1) Việc phát hiện ra enzyme này dự kiến ​​sẽ thúc đẩy nghiên cứu về chức năng, tính chất và việc sử tỷ lệ kèo góc nhà cái các β-1,2-galactooligosacarit hiếm Ngoài ra, nó có tính đặc hiệu cơ chất độc đáo, có thể cung cấp manh mối để tìm ra các oligosacarit chức năng mới

Kết quả nghiên cứu này đã được công bố vào ngày 16 tháng 1 năm 2025, Tạp chí quốc tếĐược xuất bản trực tuyến về "Sinh học truyền thông"đã được thực hiện

Bối cảnh nghiên cứu

Cấu trúc của chuỗi đường, bao gồm oligosacarit, được xác định bởi sự kết nối của monosacarit Có nhiều loại oligosacarit liên kết với nhau và cách chúng được liên kết, và galactose là một monosacarit gọi là galactooligosacarit Trong số các galactooligosacarit này, β-1,2-galactooligosacarit, có liên kết duy nhất là β-1,2-, là mục tiêu của nghiên cứu này Do sự hiếm có của nó, β-1,2-galactooligosacarit thường không được biết đến và nghiên cứu hiện đang được tiến hành để khám phá các ứng tỷ lệ kèo góc nhà cái có thể

Để theo đuổi việc áp tỷ lệ kèo góc nhà cái chuỗi đường, sản xuất hàng loạt chuỗi đường là cần thiết, và phương pháp chính là tổng hợp enzyme Các enzyme có độ chọn lọc gọi là tính đặc hiệu cơ chất, đó là tác động lên các hợp chất cụ thể và điều cực kỳ quan trọng là tìm thấy một enzyme hoạt động trên glycan mục tiêu

Nhóm nghiên cứu này tiếp tục nghiên cứu về các chủ đề phân tích các chức năng của các glycans và enzyme này tác động lên chúng và phát triển các phương pháp tổng hợp khối lượng của chuỗi đường bằng mắt Cụ thể, chúng tôi tập trung vào các chuỗi glycan được tạo thành từ glucose gọi là β-1,2-glucan, là duy nhất trong số các chuỗi đường, và đã công bố kết quả nghiên cứu về các enzyme tổng hợp và suy thoái mới sử tỷ lệ kèo góc nhà cái β-1,2-glucan làm chất nền (※ 1,2)

(thông cáo báo chí trước)

※1 Khám phá một glycosyltransferase mới hoạt động trên oligosacarit với glucose liên tiếp - góp phần phát triển một phương pháp mới để tổng hợp oligosacarit - | Đại học tỷ

※2 Khám phá các enzyme sinh tổng hợp tiểu thuyết của glycan "OPG" có liên quan đến sinh bệnh học của vi khuẩn - khả năng trở thành mục tiêu khám phá thuốc mới - | Đại học tỷ

Trong nghiên cứu này, chúng tôi tập trung vào β-1,2-galactooligosacarit có liên kết β-1,2 hiếm và tìm kiếm các enzyme hoạt động trên chúng

Chi tiết kết quả nghiên cứu

β-galactosidase là enzyme hydrolase glycoside chính và có nhiều loại khác nhau Ví dụ,-galactosidase được gọi là lacZ phá vỡ đường sữa (Hình 1) Những enzyme này được gọi là carbohydrate hydrolase (GH) phân chia chuỗi đường có một loạt các chức năng rất đa dạng Do đó, chúng tôi tập trung vào các chức năng enzyme chưa được phát hiện trước đây

Trong nghiên cứu này, nó là một loại vi khuẩn đường ruộtb xylanisolvensVi khuẩn này ban đầu được biết là phá vỡ polysacarit Xylan, và gần đây đã được báo cáo là một vi khuẩn phân hủy hiệu quả nicotineb xylanisolvensđược cho là có nhiều enzyme GH và có thể phá vỡ một loạt các glycans, nhưng không rõ chi tiết Vì có nhiều gen được cho là mã hóa-galactosidase (1), nên có thể nó cũng có một enzyme hoạt động trên β-1,2-galactooligosacarit Nhóm nghiên cứu này đã tiến hành nghiên cứu vì họ tin rằng protein BXY_22780, được mã hóa bởi một trong những gen ứng cử viên này, có thể ảnh hưởng đến β-1,2-galactooligosacarit

Bxy_22780 không thể hiện hoạt động thủy phân chống lại β-galactoside tự nhiên có chứa glycans được gọi là đường sữa hoặc prebiotic trong màn hình ban đầu Tuy nhiên, sản phẩm oligosacarit đã được xác nhận bằng cách phản ứng với dư lượng axit amin được xúc tác bằng cách sử tỷ lệ kèo góc nhà cái các galactoside flo (α-Galf) và galactose Hơn nữa, disacarit (galactobiose) của sản phẩm này được xác định là β-1,2-galactobiose bằng NMR Phân tích định lượng hoạt động của enzyme cho thấy enzyme này là một enzyme thủy phân hiệu quả β-1,2-galactooligosacarit Hơn nữa, bằng cách phân tích cấu trúc không gian trong đó các chất tương tự galactose liên kết với enzyme này, cơ chế mà enzyme này hoạt động trên β-1,2 liên kết của galactooligosacarit (Hình 2) Từ những điều trên, có thể kết luận rằng enzyme này là một β-galactosidase mới hoạt động trên β-1,2-galactooligosacarit

Việc phát hiện ra enzyme mới này đã thực hiện một bước quan trọng để làm sáng tỏ chức năng, sử tỷ lệ kèo góc nhà cái và vai trò sinh lý của β-1,2 galactooligosacarit, vẫn chưa được biết Hy vọng rằng nó sẽ hữu ích không chỉ cho phát triển thuốc trong tương lai và phát triển thực phẩm chức năng, mà còn để nghiên cứu chuỗi đường và khám phá các enzyme

Phó giáo sư Nakajima nhận xét, "bởi vì các loại chuỗi đường cực kỳ lớn và phức tạp, người ta cho rằng vẫn còn nhiều chuỗi đường có chức năng và tiềm năng sử tỷ lệ kèo góc nhà cái là không rõ

Thuật ngữ

*1 mã
Mỗi protein có một chuỗi axit amin (trình tự axit amin) được gấp liên tiếp ở một dạng nhất định để thực hiện chức năng của nó Nó được biểu hiện như mã hóa một gen chỉ định trình tự axit amin mà nó được tạo ra

Thông tin bài viết

Tên tạp chí

Sinh học truyền thông

Tiêu đề giấy

Cấu trúc và chức năng của β-1,2-galactosidase từBacteroides xylanisolvens, một vi khuẩn đường ruột

tác giả

Yutaka Nakazawa, Masumi Kageyama, Tomohiko Matsuzawa, Ziqin Liang, Kaito Kobayashi, Hisaka Shimizu, Kazuki Maeda, Miho Kuramochi, Hiroyuki Nakai, Hayao Taguchi, Masahiro Nakajima

doi

101038/s42003-025-07494-1

Người thuyết trình

Nakazawa Yutaka

Trường Đại học Khoa học và Kỹ thuật Tokyo, Khoa Khoa học Sinh học (hoàn thành chương trình thạc sĩ năm 2023)

Kageyama Mansumi

Đại học Khoa học Tokyo, Khoa Sinh học Ứng tỷ lệ kèo góc nhà cái, Khoa Khoa học và Kỹ thuật (tốt nghiệp năm 2020)

Matsuzawa Tomohiko

Trợ lý Giáo sư, Khoa Khoa học Sinh học Ứng tỷ lệ kèo góc nhà cái, Khoa Nông nghiệp, Đại học Kagawa

Ryo Sisin

Đại học Khoa học Tokyo, Khoa Khoa học Sinh học, Khoa Khoa học và Kỹ thuật (tốt nghiệp năm 2024)

Kobayashi Kaito

Đại học Khoa học Tokyo, Trường Đại học Khoa học và Kỹ thuật, Khoa Khoa học sinh học ứng tỷ lệ kèo góc nhà cái (Chương trình tiến sĩ đã hoàn thành năm 2019)

Shimizu Hisaka

Đại học Khoa học Tokyo, Trường Đại học Khoa học và Kỹ thuật, Khoa Khoa học Sinh học Ứng tỷ lệ kèo góc nhà cái (đã hoàn thành chương trình thạc sĩ năm 2017)

Maeda Kazuki

Đại học Khoa học Tokyo, Khoa Khoa học Sinh học, Khoa Khoa học và Kỹ thuật (năm thứ 4 đại học)

Masuhiro Miho

Đại học Khoa học Tokyo, Khoa Sinh học Ứng tỷ lệ kèo góc nhà cái, Khoa Khoa học và Kỹ thuật (tốt nghiệp năm 2021)

Gennai SEI

Đại học Khoa học Tokyo, Trường Đại học Khoa học và Kỹ thuật, Khoa Khoa học Sinh học (Sinh viên tiến sĩ năm thứ 2)

Kumano Saika

Đại học Khoa học Tokyo, Khoa Khoa học và Kỹ thuật, Khoa Sinh học Ứng tỷ lệ kèo góc nhà cái (tốt nghiệp năm 2016)

Tanaka Nobukiyo

Đại học Khoa học Tokyo, Trường Đại học Khoa học và Kỹ thuật, Khoa Khoa học sinh học ứng tỷ lệ kèo góc nhà cái (Chương trình tiến sĩ đã hoàn thành năm 2019)

Kuramochi Koji

Giáo sư, Khoa Khoa học Sinh học và Sinh học, Khoa Khoa học và Kỹ thuật, Đại học Khoa học Tokyo

Nakai Hiroyuki

Phó giáo sư, Khoa Nông nghiệp, Khoa Nông nghiệp, Đại học Niigata

Taguchi Hayo

Giáo sư (tại thời điểm đó) trong Khoa Khoa học sinh học ứng tỷ lệ kèo góc nhà cái, Khoa Khoa học và Kỹ thuật, Đại học Khoa học Tokyo

Nakajima Masahiro

Phó giáo sư, Khoa Khoa học Sinh học, Khoa Khoa học và Công nghệ, Đại học Khoa học Tokyo