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青岛能源所在热纤梭菌纤维小体功能研究取得新进展

来源:青岛生物能源与过程研究所 作者: 2014-6-5

摘要: 热纤梭菌(Clostridiumthermocellum)纤维小体是自然界中最高效的纤维素降解系统。近日,中国科学院青岛生物能源与过程研究所代谢物组学团队博士研究生洪伟、研究员崔球、副研究员刘亚君等对热纤梭菌纤维小体所有脚架蛋白功能进行了系统分析,揭示了各种脚架蛋白和不同协同作用对纤维小体活性的贡献,使人们对纤维小体的......



 图1. 热纤梭菌关键脚架及其模块突变示意图。

热纤梭菌(Clostridium thermocellum)纤维小体是自然界中最高效的纤维素降解系统。近日,中国科学院青岛生物能源与过程研究所代谢物组学团队博士研究生洪伟、研究员崔球、副研究员刘亚君等对热纤梭菌纤维小体所有脚架蛋白功能进行了系统分析,揭示了各种脚架蛋白和不同协同作用对纤维小体活性的贡献,使人们对纤维小体的高效降解机制有了更深入的认知,为进行木质纤维素生产生物燃料提供了新的见解和思路。相关成果在线发表于最新一期的Biotechnology for Biofuels (Hong W, et al, Biotech Biofuels.2014, 7:80)。 

由于纤维小体的复杂性和热纤梭菌遗传操作手段的缺乏,纤维小体中不同水平的相互作用及协同效应在纤维素降解过程中的贡献仍不清楚。研究人员利用前期开发的thermotargetron遗传操作技术(Mohr G, Hong W, et al, PloS One 8(7):e69032),构建了一系列脚架关键模块缺失的热纤梭菌突变株(图1),通过测定和分析突变株的纤维素降解速率、纤维小体形态以及纤维素底物结合率的变化,定量分析了不同脚架蛋白及其模块对纤维小体的纤维素降解活性的贡献。 

研究结果表明,纤维小体一级脚架CipA蛋白中I型Cohesin模块及CBM模块介导的“酶-酶”,“酶-底物”之间的协同效应是高效降解的核心机制,II型Dockerin模块介导的“酶-细胞”之间的协同效应是降解的辅助机制。与一级脚架相比,二级脚架蛋白对热纤梭菌纤维素降解速率影响较小,且与其所含的II型Cohesin模块个数相关。 

此外,研究人员发现细胞表面纤维小体突起结构的缺失并不影响细胞与纤维素底物的结合,推翻了前人“热纤梭菌细胞通过纤维小体结合在纤维素底物上”的观点,表明热纤梭菌存在不依赖于纤维小体结构的纤维素底物结合方式。 

该研究成果进一步展示了thermotargetron技术是在嗜热微生物遗传改造方面的快速、高效,对嗜热微生物研究和应用开发具有重要作用。 

上述研究获得了科技部973项目、中科院科研装备项目和国家自然科学基金等的资助。


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