近日，在國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）和科技部科技支撐計(jì)劃等項(xiàng)目支持下，中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所在細(xì)菌纖維素酶表達(dá)調(diào)控機(jī)制研究取得重要進(jìn)展。
木質(zhì)纖維素的高效降解是發(fā)展纖維素液體燃料的主要技術(shù)瓶頸之一。自然界中一些厭氧細(xì)菌能夠通過(guò)合成組裝一種名為“纖維小體”的蛋白質(zhì)分子機(jī)器，高效降解木質(zhì)纖維素?！袄w維小體”是一種多亞基的纖維素酶復(fù)合體，其活性可達(dá)目前市場(chǎng)上常用的真菌游離纖維素酶系的50倍以上。但是由于纖維小體亞基眾多，目前仍然缺乏對(duì)其表達(dá)調(diào)控機(jī)制的深入認(rèn)識(shí)。這一瓶頸也阻礙了細(xì)菌纖維素酶系及其活體細(xì)胞催化劑在纖維素液體燃料產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用。
青島能源所功能基因組團(tuán)隊(duì)許成鋼博士和博士研究生黃冉冉等以解纖維梭菌Clostridium celluloyticu為模式物種，通過(guò)功能基因組手段，提出了細(xì)菌的“纖維素降解組（Cellulose Degradome）”模型（圖1）。
圖1. Clostridiumcellulolyticum纖維素降解組的模型
該菌近兩百個(gè)多糖降解酶（CAZymes）共分為兩類(lèi)：核心酶和附屬酶。其中，核心酶主要負(fù)責(zé)纖維素的降解，其表達(dá)與碳源利用的難易程度、細(xì)胞代謝水平呈負(fù)相關(guān)，主要受到碳代謝抑制（Carbon catabolite repression, CCR）機(jī)制的調(diào)控；而附屬酶則主要負(fù)責(zé)非纖維素的降解利用，其表達(dá)具有底物特異性，主要受到雙組份系統(tǒng)（Two-component systems, TCS）的調(diào)控。因此，C.celluloyticum分別通過(guò)CCR和TCS感受胞內(nèi)和胞外信號(hào)，高效地調(diào)控纖維素酶的轉(zhuǎn)錄。這一工作為在體外和體內(nèi)針對(duì)細(xì)菌纖維素酶系的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了重要的思路和靶點(diǎn)。
同時(shí)，該小組還發(fā)現(xiàn)葡萄糖能夠促進(jìn)其纖維小體組分的表達(dá)。由于該類(lèi)細(xì)菌與葡萄糖發(fā)酵微生物（酵母等）兼具底物互補(bǔ)性與功能互補(bǔ)性，因此有助于實(shí)現(xiàn)木質(zhì)纖維素的整合生物加工（Consolidated BioProcessing; CBP）。
上述成果由青島能源所功能基因組團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人徐健研究員主持完成。以色列威茲曼研究所的Ed Bayer教授團(tuán)隊(duì)和美國(guó)俄克拉荷馬大學(xué)周集中教授團(tuán)隊(duì)也參與了該項(xiàng)研究。該研究成果已在線(xiàn)發(fā)表于Biotechnology for Biofuels。
（Structure and regulation of the cellulose degradome in Clostridium cellulolyticum,Biotechnology for Biofuels (2013) 6:73 (doi:10.1186/1754-6834-6-73)）
原文鏈接:
http://www.biotechnologyforbiofuels.com/content/6/1/73
（功能基因組團(tuán)隊(duì)供稿）
