碳水化合物链或糖链在我们体内的各种生物过程和结构中起着重要作用。半乳糖苷是一种存在于植物、动物和微生物中的糖链。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，这些糖类支持肠道健康。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-半乳糖苷酶是一类可以释放半乳糖的酶。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，例如在人肠道细菌双歧杆菌中，帮助消化复杂的碳水化合物。最近的研究表明，另一种肠道细菌——木糖拟杆菌（Bacteroides xylanisolvens）具有利用多种碳水化合物的潜力，尽管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弘领导的研究团队，在木糖拟杆菌中发现了一种新的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。该研究团队包括来自东京理科大学的中泽裕也、新潟大学的中井宏幸副教授以及香川大学的松泽智彦副教授。这项研究于2025年1月16日在《通讯生物学》杂志上在线发表。
讨论他们的研究动机时，中岛博士解释说：“虽然有许多类型且结构多样而复杂的糖链，但许多糖链的功能和潜在用途仍然未知。由于酶对于糖链的合成至关重要，因此寻找新酶非常重要。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，这些糖链可能对人类健康有益。”
木糖拟杆菌中含有多个编码β-半乳糖苷酶的基因。研究人员发现其中一个基因Bxy_22780编码了一种新的β-半乳糖苷酶。最初，该酶对天然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，反应产生的二糖是β-1,2-半乳糖二糖。
进一步的研究揭示了Bxy_22780酶的高度特异性，它主要针对半乳寡糖（GOS），这是一种含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-半乳糖二糖和β-1,2-半乳糖三糖非常有效。为了了解这种酶为何如此选择性，研究人员通过X射线衍射研究了酶的结构。他们发现该酶在+1亚位点结合了一个名为甲基β-半乳吡喃糖的分子。该结构显示，分子的化学基团以一种非常适合分解这些特定糖链的方式定位。这一独特的结构解释了为什么这种酶对β-1,2-半乳寡糖具有高度特异性。
中岛博士解释说：“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，这些糖链的作用目前仍不清楚。”“此外，尽管目前尚无证据表明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，查加斯病是由产生这些结构的寄生虫引起的。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)
