熱纖梭菌（Clostridium thermocellum）纖維小體是自然界中最高效的纖維素降解系統(tǒng)。近日，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所代謝物組學(xué)團(tuán)隊(duì)博士研究生洪偉、研究員崔球、副研究員劉亞君等對(duì)熱纖梭菌纖維小體所有腳架蛋白功能進(jìn)行了系統(tǒng)分析，揭示了各種腳架蛋白和不同協(xié)同作用對(duì)纖維小體活性的貢獻(xiàn)，使人們對(duì)纖維小體的高效降解機(jī)制有了更深入的認(rèn)知，為進(jìn)行木質(zhì)纖維素生產(chǎn)生物燃料提供了新的見解和思路。相關(guān)成果在線發(fā)表于最新一期的Biotechnology for Biofuels （Hong W, et al, Biotech Biofuels.2014, 7:80）。
由于纖維小體的復(fù)雜性和熱纖梭菌遺傳操作手段的缺乏，纖維小體中不同水平的相互作用及協(xié)同效應(yīng)在纖維素降解過程中的貢獻(xiàn)仍不清楚。研究人員利用前期開發(fā)的thermotargetron遺傳操作技術(shù)（Mohr G, Hong W, et al, PloS One 8(7):e69032），構(gòu)建了一系列腳架關(guān)鍵模塊缺失的熱纖梭菌突變株（圖1），通過測定和分析突變株的纖維素降解速率、纖維小體形態(tài)以及纖維素底物結(jié)合率的變化，定量分析了不同腳架蛋白及其模塊對(duì)纖維小體的纖維素降解活性的貢獻(xiàn)。
研究結(jié)果表明，纖維小體一級(jí)腳架CipA蛋白中I型Cohesin模塊及CBM模塊介導(dǎo)的“酶-酶”，“酶-底物”之間的協(xié)同效應(yīng)是高效降解的核心機(jī)制，II型Dockerin模塊介導(dǎo)的“酶-細(xì)胞”之間的協(xié)同效應(yīng)是降解的輔助機(jī)制。與一級(jí)腳架相比，二級(jí)腳架蛋白對(duì)熱纖梭菌纖維素降解速率影響較小，且與其所含的II型Cohesin模塊個(gè)數(shù)相關(guān)。
此外，研究人員發(fā)現(xiàn)細(xì)胞表面纖維小體突起結(jié)構(gòu)的缺失并不影響細(xì)胞與纖維素底物的結(jié)合，推翻了前人“熱纖梭菌細(xì)胞通過纖維小體結(jié)合在纖維素底物上”的觀點(diǎn)，表明熱纖梭菌存在不依賴于纖維小體結(jié)構(gòu)的纖維素底物結(jié)合方式。
該研究成果進(jìn)一步展示了thermotargetron技術(shù)是在嗜熱微生物遺傳改造方面的快速、高效，對(duì)嗜熱微生物研究和應(yīng)用開發(fā)具有重要作用。
上述研究獲得了科技部973項(xiàng)目、中科院科研裝備項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金等的資助。
圖1. 熱纖梭菌關(guān)鍵腳架及其模塊突變示意圖。
原文鏈接：
Hong W, Zhang J, Feng Y, Mohr G, Lambowitz AM, Cui G-Z, Liu Y-J, Cui Q: The contribution of cellulosomal scaffoldins to cellulose hydrolysis by Clostridium thermocellum analyzed by using thermotargetrons. Biotechnology for biofuels 2014, 7:80.
