碳水化合物链或糖链在我们的身体中参与多种生物过程和结构。半乳糖苷是一种存在于植物、动物和微生物中的糖链类型。例如，半乳糖苷存在于植物细胞壁和某些有益的糖类（如益生元寡糖）中，这些糖类支持肠道健康。许多含半乳糖的糖链还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。研究分解这些糖链的酶对于理解其益生元机制以及改进其在食品和健康产品中的应用至关重要。
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-半乳糖苷酶针对特定的半乳糖苷。这些酶存在于哺乳动物的肠道中，例如在有助于消化复杂碳水化合物的人类肠道细菌双歧杆菌中。最近的研究表明，另一种肠道细菌Bacteroides xylanisolvens有可能利用广泛的碳水化合物，但对其具体能力知之甚少。
在一项开创性的研究中，由日本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弘领导的研究团队在Bacteroides xylanisolvens中发现了一种新的β-半乳糖苷酶。这种酶特异性地作用于含有独特半乳糖的糖链，这些糖链可能具有益生元特性。该研究团队包括来自东京理科大学的中泽裕太先生、新潟大学的中井浩一副教授和香川大学的松泽智宏助理教授。这项研究于2025年1月16日在《Communications Biology》在线发表。
讨论这项研究的动机时，中岛博士解释说：“尽管有许多种类的糖链具有多样和复杂的结构，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。我们的新型酶可用于合成大量具有益生元特性的独特糖链，这可能对人类健康有益。”
Bacteroides xylanisolvens含有多个编码β-半乳糖苷酶的基因。研究人员确定其中一个基因Bxy_22780编码一种新型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，在存在核亲合突变体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，反应产生的二糖是β-1,2-半乳二糖。
进一步研究Bxy_22780酶的特异性显示，它对半乳寡糖（GOS）具有高度特异性，这是一种包含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的化学键（称为β-1,2-半乳糖苷键）的GOS。动力学分析还显示，这种酶对β-1,2-半乳二糖和β-1,2-半乳三糖有效。为了了解酶的选择性，研究人员使用X射线衍射研究了酶的结构。他们发现酶在+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酶对β-1,2-半乳寡糖具有高度特异性。
“关于β-1,2-半乳寡糖及其酶的报道很少。我们的发现是理解这些独特糖链功能的关键一步，这些糖链的作用目前还不清楚。”中岛博士解释说。“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由产生这些结构的寄生虫引起的疾病（如查加斯病）开辟新的治疗途径。因此，这种新型酶不仅有助于改善人类肠道健康，还有助于开发新的救命药物。”
Bxy_22780的发现标志着益生元研究的重大突破，为改善人类健康带来了令人兴奋的机会。这种酶可以推动创新益生元产品的开发，以增强肠道健康和支持消化功能，为食品和补充剂行业提供新的机会。
(全文结束)
