在多糖合成领域，具有明确结构（如可调聚合度、低分散性）的β-1,2-葡聚糖在药物载体、免疫调节等领域应用前景广阔，但传统合成方法长期面临诸多瓶颈：化学合成成本高昂且反应控制复杂，微生物发酵依赖辅酶参与，产物结构难精准调控，严重限制了其产业化应用。

近日，中国科学院天津工业生物技术研究所低碳合成工程生物学全国重点实验室主任、体外合成生物学中心主任张以恒研究员带领研究团队创新构建体外代谢工程体系（ivME），成功实现从纤维二糖到β-1,2-葡聚糖的高效无辅酶合成，打破了天然多糖合成中结构难以精确调控的困境，为多糖生物制造领域提供了全新技术路径。该研究的核心创新点：一是设计了全新的四酶体外代谢路径，通过纤维二糖磷酸化酶、β-1,2-低聚葡聚糖磷酸化酶、葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶的协同作用，实现糖苷键定向重排，无需CoA、ATP等辅酶及外部能量输入，摩尔得率达到93.3%，生产速率达到4.0 g/L/h；二是挖掘并表征了来自嗜热菌的高活性热稳定β-1,2-低聚葡聚糖磷酸化酶，其催化效率与热稳定性均优于已报道酶类；三是建立pH自中和调控体系，通过优化引物浓度、酶配比等参数，实现聚合度（75-531）的精准调控，产物分散性指数（PDI）最低可达1.11，明显优于行业现有水平。

该技术生产的β-1,2-葡聚糖可广泛应用于生物催化、药物递送、食品添加剂等领域，尤其在纤维素酶诱导剂槐糖制备、免疫调节剂开发等方向具有明确产业化前景。未来，研究团队将进一步优化酶制剂成本，推进技术规模化应用，助力生物基材料产业高质量发展，为碳中和背景下的绿色制造提供核心技术支撑。

这项研究得到国家重点研发计划、天津市合成生物技术创新能力提升行动及合成生物学海河实验室重大项目的支持。相关研究成果近日发表在国际期刊Metabolic Engineering上，天津工生所和天津大学联合培养博士李运杰为该论文的第一作者，天津工生所张以恒研究员、天津大学姜忠义教授为该论文的通讯作者。

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体外代谢工程催化纤维二糖精准合成β-1,2-葡聚糖