2'-岩藻糖基乳糖(2'-fucosyllactose,2'-FL)是一种含量最丰富的人乳寡糖,微生物全细胞合成是生产 2'-FL的重要方法.乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)作为一种可直接用于乳制品的食品级微生物,目前还没有用于生产人乳寡糖的报道.首先,在两种常用L.lactis底盘NZ3900 和NZ9000 中利用含有基因fkp、futC、lacF的重组质粒pNZ8148-2f构建 2'-FL补救合成途径,在添加 10 g/L岩藻糖和 5 g/L乳糖的发酵培养基中,测得 2'-FL的摇瓶产量分别为 0.16 g/L与 0.4 g/L,结合对二者生长状况等综合分析,选取NZ9000 作为优势底盘.然后,在NZ9000 中构建 2'-FL从头合成途径,利用同源重组技术并借助L.lactis中特有的敲除整合载体pNZ5319,在敲除非必需基因upp的同时将基因manA、manB、gmd和wcaG整合到染色体上,借助载体pNZ8148-1 将基因manC、futC和lacF以质粒的形式引入到细胞中,同时利用不同启动子P32、Pnis对酶的表达水平进行组合调控.获得最优菌株NZ9000 6,在添加 20 g/L葡萄糖和 5 g/L乳糖的发酵培养基中,测得 2'-FL的摇瓶产量为 0.28 g/L.最后,在发酵培养基中对氯化高铁血红素、胰蛋白胨和酵母粉的浓度进行了优化,在添加 2.5 μg/mL氯化高铁血红素、15 g/L胰蛋白胨、6 g/L酵母粉时 2'-FL的摇瓶产量达到 1.58 g/L,为相关报道的较高水平.该研究证实了L.lactis合成 2'-FL的可行性,为 2'-FL的生产提供了新思路.

母乳是新生儿最理想的营养剂.其中,人乳寡糖作为母乳的第三大固体组分,对新生儿的生长、发育及健康状况有重要影响,被应用于婴幼儿配方食品中.2'-岩藻糖基乳糖(2'-fucosyllactose,2'-FL),是分泌型母乳中含量最高的人乳寡糖,约占人乳寡糖总量的30％,具有重要的营养和医学价值.2'-FL能够促进婴幼儿生长发育、提高其认知能力、增强免疫力、抗过敏、抗病毒,以及调节肠道菌群,是极具潜力的新型营养强化剂.但是,2'-FL来源于母乳,依靠分离、提取获得大量2'-FL并不现实,因此亟需进行人工合成.人工合成2'-FL的方法有3种,包括:化学合成法、酶催化合成法和全细胞生物合成法.全细胞生物合成法因其成本相对低廉,且易于规模化扩大,而引起了国内外的广泛关注和研究.目前,国外很多跨国公司均开始布局2'-FL的工业化生产和应用,而我国在该领域尚处于研发阶段,因此,了解和掌握2'-FL的合成方法对我国开展2'-FL规模化生产具有重要的意义.本文旨在介绍2'-FL的功能特性,系统阐述其全细胞生物合成的关键技术和最新进展,讨论了针对限速步骤进一步提高产量的策略,旨在为2'-FL的合成和商业化生产提供生物学依据,为今后开发接近母乳的婴幼儿配方奶粉奠定基础.

2'-岩藻糖基乳糖(2'-fucosyllactose,2'-FL)是人乳寡糖中含量最高的岩藻糖基化寡糖,具有促进双歧杆菌增殖和调节肠道菌群等作用,已被广泛用于婴幼儿食品行业.目前,2'-FL已经成功在大肠杆菌、酿酒酵母、解脂耶氏酵母、枯草芽孢杆菌和谷氨酸棒杆菌中实现从头合成.考虑到食品安全、消费者认知和接受程度,酵母作为GRAS(generally recognized as safe)菌株,在2'-FL的生物合成中更具工业应用前景和商业价值.概述2'-FL的生物合成路径和现状,对2'-FL生物合成常用的底盘细胞进行比较,从底物转运、前体GDP-L-岩藻糖供应、α-1,2-岩藻糖基转移酶、产物外排和拓宽底物谱等方面综述酵母合成2'-FL的工程化策略,提出酵母合成2'-FL的限制性因素,并对未来研究进行展望.