出于对健康的考虑，人们希望减少高热量糖的使用。但是人类对甜味的喜好与生俱来，这催生了蓬勃的低热量人造甜味剂的研发。人造甜味剂的生产，有些涉及化学步骤，虽然尚未明确发现对人体的害处，但从心理上影响了对这类甜味剂的接受度。因此人们一直都在寻求天然来源的低热量高甜度甜味剂，植物甜叶菊来源的甜菊糖苷就是其中的一种。甜菊糖苷是一种多组分混合甜味剂，早期认为其中的甜菊糖苷A（Reb A）是甜菊糖苷中品质最佳的成分，甜度约为甜味标准品蔗糖的200倍。但甜菊糖苷A（Reb A）有口味接受度的障碍，它带有轻微的后苦味，欧美国家通过研发具有专利的配方，对之进行调味，掩盖这种后苦味。
我国是世界上最大的甜叶菊种植国，也是甜菊糖苷A以及甜菊糖苷粗提物的最大出口国，由于受到专利配方的限制，难于利用这一优势甜味资源。最近发现甜菊糖苷D和M才是品质最佳的甜菊糖苷成分，特别是甜菊糖苷M（Reb M），几乎没有后苦味，和标准品蔗糖的口味接近，可以不需调味直接使用。但甜菊糖苷M（Reb M）在常规农业种植的甜叶菊中含量极低，没有可能直接提取。因此研究生物合成甜菊糖苷特别是甜菊糖苷M的关键酶具有重要的产业价值。
7月19日，Nature Communications在线发表了四川大学朱晓峰团队的研究成果Hydrophobic recognition allows the glycosyltransferase UGT76G1 to catalyze its substrate intwo orientations，报道了甜叶菊中生物催化合成甜菊糖苷A和M的必需糖基转移酶UGT76G1与底物、产物的一系列复合物结构，揭示了其特殊的底物识别机制。
糖基转移酶UGT76G1催化甜菊糖苷特定位点的糖基转移反应，是决定甜菊糖苷A和M甜度和口味的关键酶。作者对UGT76G1进行了结构生物学的分析，揭示了其催化反应的过程和与之对应的结构基础，发现了该酶通过特殊的底物识别机制而具有底物翻转反应的独特性质。考虑到底物糖基含有丰富的羟基，通常认为是氢键网络在这类糖基转移酶中主导底物的识别。但事实上作者在UGT76G1和底物的复合物晶体结构中并没有发现明确的氢键识别系统。结构显示这个酶采用疏水作用（包括伴随的范德华力）定位在底物的特异位点进行反应。正因为这种松散识别机制，UGT76G1可以对底物进行翻转，在底物两端的特异位点，分别进行两次相同的特异糖基转移反应。这一特性和魔术粘扣贴类似，对空间上的对应关系要求松散，但却具备完美的粘扣（底物识别）功能。作者进一步将酶所识别的底物疏水基团进行替换，发现仍然可以实现反应的进行，进一步证明了这类松散的空间对应关系可以单独作为底物识别的主导因素，赋予了这类酶在不同底物不同方向的特异位点进行特异催化的能力，这在具有催化位点特异性的酶中很少见。利用疏水识别这一策略，可为合成生物学中酶底物识别的定向进化提供新思路。同时以此为基础，希望能够对UGT76G1进行改性优化，为建立甜菊糖苷M的高效体外合成途径或者构建高含量甜菊糖苷M的甜叶菊新品种提供信息和方向。
四川大学生命科学学院、生物治疗国家重点实验室的朱晓峰教授课题组，通过与四川大学生物治疗国家重点实验室的James H. Naismith教授和四川大学华西第二医院李沁桐教授合作完成该工作，他们同为本文的通讯作者。
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/10.1038/s41467-019-11154-4
