青岛能源所纤维素酶研究取得进展

　　近日，在国家重点基础研究发展计划(973计划)和科技部科技支撑计划等项目支持下，中国科学院青岛生物能源与过程研究所在细菌纤维素酶表达调控机制研究中取得进展。

　　木质纤维素的高效降解是发展纤维素液体燃料的主要技术瓶颈之一。自然界中一些厌氧细菌能够通过合成组装一种名为“纤维小体”的蛋白质分子机器，高效降解木质纤维素。“纤维小体”是一种多亚基的纤维素酶复合体，其活性可达目前市场上常用的真菌游离纤维素酶系的50倍以上。但是由于纤维小体亚基众多，目前仍然缺乏对其表达调控机制的深入认识。这一瓶颈也阻碍了细菌纤维素酶系及其活体细胞催化剂在纤维素液体燃料产业的应用。

　　青岛能源所功能基因组团队许成钢博士和博士研究生黄冉冉等以解纤维梭菌Clostridium celluloyticu为模式物种，通过功能基因组手段，提出了细菌的“纤维素降解组(Cellulose Degradome)”模型(图1)。

　　该菌近两百个多糖降解酶(CAZymes)共分为两类：核心酶和附属酶。其中，核心酶主要负责纤维素的降解，其表达与碳源利用的难易程度、细胞代谢水平呈负相关，主要受到碳代谢抑制(Carbon catabolite repression, CCR)机制的调控;而附属酶则主要负责非纤维素的降解利用，其表达具有底物特异性，主要受到双组份系统(Two-component systems, TCS)的调控。因此，C.celluloyticum分别通过CCR和TCS感受胞内和胞外信号，高效地调控纤维素酶的转录。这一工作为在体外和体内针对细菌纤维素酶系的设计和优化提供了重要的思路和靶点。

　　同时，该小组还发现葡萄糖能够促进其纤维小体组分的表达。由于该类细菌与葡萄糖发酵微生物(酵母等)兼具底物互补性与功能互补性，因此有助于实现木质纤维素的整合生物加工(Consolidated BioProcessing; CBP)。

　　上述成果由青岛能源所功能基因组团队负责人徐健研究员主持完成。以色列威兹曼研究所的Ed Bayer教授团队和美国俄克拉荷马大学周集中教授团队也参与了该项研究。该研究成果已在线发表于Biotechnology for Biofuels。

图1. Clostridiumcellulolyticum纤维素降解组的模型