研究人员发现一种独特的酶，可靶向益生元糖链

碳水化合物链或糖链在我们的身体中发挥着重要作用，参与多种生物过程和结构。半乳糖苷是一种在植物、动物和微生物中发现的糖链。例如，半乳糖苷存在于植物细胞壁和某些有益糖类（如益生元低聚糖）中，支持微生物群落健康。许多含有半乳糖的糖链也被添加到加工食品中，如果汁和奶粉，因为它们具有潜在的健康益处。

β-半乳糖苷酶是一类能够从半乳糖苷中释放出半乳糖的酶。然而，不同的β-半乳糖苷酶会针对特定的半乳糖苷。这些酶存在于哺乳动物的微生物群落中，例如在人类微生物群落细菌双歧杆菌中，帮助消化复杂的碳水化合物。最近的研究表明，另一种微生物群落细菌——木聚糖拟杆菌（Bacteroides xylanisolvens）具有利用广泛碳水化合物的潜力，但对其具体能力知之甚少。

在一项开创性的研究中，由东京理科大学科学技术学院应用生物科学系副教授中岛正宏领导的研究团队在木聚糖拟杆菌中发现了一种新型β-半乳糖苷酶。这种酶专门针对含有半乳糖的独特糖链，这些糖链可能具有益生元特性。研究团队包括来自东京理科大学的中村裕也、来自新潟大学的中井浩一郎以及来自香川大学的松泽智彦。这项研究于2025年1月16日在《通讯生物学》杂志在线发表。

中岛教授解释了他们研究的动机：“尽管有许多具有多样性和复杂结构的糖链，但许多糖链的功能和潜在用途仍未知。由于酶对于糖链的合成至关重要，因此寻找新的酶非常重要。我们的新型酶可以用于合成大量具有益生元特性的独特糖链，可能对人类健康有益。”

木聚糖拟杆菌包含多个编码β-半乳糖苷酶的基因。研究人员发现其中一个基因Bxy_22780编码了一种新型β-半乳糖苷酶。最初，这种酶对天然β-半乳糖苷没有活性。然而，在存在亲核突变体α-D-半乳糖氟化物（α-GalF）作为供体底物以及半乳糖或D-岩藻糖作为受体底物的情况下，研究团队成功检测到了反应产物。核磁共振研究表明，反应生成的二糖是β-1,2-半乳二糖。

进一步的研究揭示了Bxy_22780酶对半乳寡糖（GOS）的高度特异性，这是一种具有各种连接方式的寡糖混合物。值得注意的是，这种酶仅针对具有特定类型化学键（即β-1,2-半乳糖苷键）的GOS。动力学分析还显示，该酶对β-1,2-半乳二糖和β-1,2-半乳三糖有显著作用。为了了解这种酶的选择性，研究人员通过X射线衍射研究检查了酶的结构。他们发现该酶在一个关键位点（称为+1亚位点）结合了一个名为甲基β-半乳吡喃糖的分子。结构显示，该分子的化学基团定位方式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-半乳寡糖具有高度特异性。

中岛教授解释说：“β-1,2-半乳寡糖及其相关酶很少被报道。我们的发现是理解这些独特糖链功能的关键一步，其作用目前尚不清楚。此外，虽然目前没有证据表明β-1,2-半乳寡糖具有益生元特性，但它们在这方面具有潜力。这种酶还可以为治疗查加斯病等疾病开辟新的治疗途径，查加斯病是由产生含有这些结构的糖链的寄生虫引起的。这种新型酶不仅有助于改善人类微生物群落健康，还可以为开发新的救命药物做出贡献。”

Bxy_22780的发现标志着益生元研究的重大突破，为改善人类健康提供了令人兴奋的机会。这种酶可以推动创新益生元产品的开发，以增强微生物群落健康和支持消化功能，为食品和补充剂行业带来新的机遇。

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