母乳作为新生儿出生后唯一与母体联系的物质与能量纽带，被认为是婴儿营养的黄金标准。人乳寡糖(HMOs)是母乳中仅次于乳糖和脂质的第三大类成分，对婴幼儿消化系统、肠道健康及免疫系统完善具有不可替代的作用，在奶粉中添加人乳寡糖(HMOs)模拟母乳成分，对于一些无法进行母乳喂养的婴儿以及哺乳期后婴儿的营养健康保障尤为重要。据最新研究报告预计，至2025年全球HMOs市场规模将超过146亿美元。近期，欧洲也已经批准推出HMOs配方奶粉，然而，有限的来源及难以利用化学方法规模化合成，制约了其生物学功能的研究和广泛应用。国内的研究处于起步阶段，尚未实现规模工业化生产，为了突破国际技术垄断，研发具有自主、高效、经济的人乳寡糖制备技术亟为所需。
目前为止，已经约有200 多种人乳寡糖的结构被鉴定解析，结构复杂的人乳寡糖(HMOs)主要含有D-半乳糖、D-葡萄糖、N-乙酰葡萄糖胺/N-乙酰半乳糖胺、L-岩藻糖和唾液酸5个常见的单糖构成。复杂的人乳寡糖HMOs核心结构单元为半乳糖和氨糖形成的β-1-3-乳-N-二糖(LNB)，其还原性末端一般存在一分子的乳糖，依此为基础进行糖链的延伸修饰形成种类繁多的HMOs库。然而关于人乳寡糖(HMOs)其核心结构LNB的合成鲜见报道。日本科学家2007年发表的论文以蔗糖为底物，经过660小时后，可以合成LNB，但是由于反应时间过长，无法实现产业化。
本研究论文中，山东大学微生物技术国家重点实验室教授兼博士生导师方诩针对现有多酶合成工艺中能量原料ATP的大量需求以及现有ATP底物循环模块产生的抑制酶活性的磷离子等技术瓶颈，创新性地构建了新型的ATP循环再生模块，耦合ATP再生系统和丙酮酸氧化酶驱动的磷循环模块，使得β-1-3-乳-N-二糖(LNB)转化率从0.34提高到0.83 mol/mol GlcNAc，并且大幅度减少ATP原料的使用量。进一步针对多酶体系限速酶及反应条件优化并放大规模后，乳-N-二糖产量达到了20 g/L, 转化率进一步提高到0.96 mol/mol GlcNAc。该项研究成果生产时间缩短到之前的日本技术的1/50，为乳-N-二糖的生产提供了可产业化的新技术。
方诩为山东大学微生物技术国家重点实验室教授兼博士生导师。方诩课题组将微生物技术、分子生物学、合成(细胞和非细胞)生物学有机结合，重点研究发展有中国特色，原创、新型的生物炼制技术，推动以生物质为原料制备高附加值化学品的工业生物技术产业的可持续发展。在研国家级项目2项，发表论文60多篇，获得发明专利授权15项以上，获得各项奖励20项以上。此项研究得到了国家重点研究开发计划，中国博士后基金，青岛市应用研究项目、山东省自然科学基金和微生物技术国家重点实验室开放基金的资助。(完)
