过程工程所在极端嗜热菌降解木聚糖机制方面取得进展

　　半纤维素是植物细胞壁中仅次于纤维素的重要组分，主要包括木聚糖、甘露聚糖和阿拉伯聚糖等。其中，以β-D木糖苷单元为主链的木聚糖是植物中的广泛存在的主要半纤维素组分，也是自然界中五碳糖的主要来源。开发利用木聚糖资源生产能源、材料和化学品对于维持人类社会的可持续发展具有重要的意义。木聚糖具有复杂的结构和多态性，其侧链可以被阿拉伯糖、葡萄糖醛酸、乙酰基等残基取代，因此，木聚糖的完全酶解通常需要多种酶的协同作用。极端嗜热菌是一类可以在较高温度下生长的微生物，所产生的酶具有活性高、热稳定性好等优点，在工业生物技术领域具有重要的应用价值。热解纤维素菌Caldicellulosiruptor可以在较高温度（70-78^oC）下生长，是迄今发现的最耐热的一类生物质利用菌，能一步转化纤维素、半纤维素（木聚糖）、果胶和淀粉等，其分泌的高温糖苷水解酶具有非常可观的工业应用价值。 

　　过程工程研究所韩业君研究员的团队在极端嗜热菌降解木聚糖机制方面取得进展。该研究从热解纤维素菌基因组中发现了特异的木聚糖降解基因簇，并通过基因克隆、体外异源表达，获得了其中4个新型木聚糖降解酶，并对其酶学特性、结构与功能以及协同酶解规律等方面进行了深入研究。来源于Caldicellulosiruptor owensensis GH10家族的β-1,4-木聚糖内切酶（Coxyn A）和GH39家族的β-1,4-木糖苷酶（Coxyl A）最适温度均为75^oC，最适pH分别为7.0和5.0。两个酶在75^oC，pH 6.0的条件下能高效地将榉木木聚糖连续降解为单糖。来源于C. lactoaceticus6A GH10家族β-1,4-木聚糖内切酶（Xyn10A)和GH67家族的α-葡萄糖醛酸酶（Agu67A）最适温度分别为80和75^oC，最适pH均为6.5。两个酶在80^oC，pH 6.5的条件下能协同降解带有甲基葡萄糖醛酸侧链的木聚糖和木寡糖，生成木糖、木二糖和甲基葡萄糖醛酸。该研究揭示了热解纤维素菌新型木聚糖降解酶的作用规律，阐明了其在天然木聚糖酶解过程中的协同作用机制，对于体外天然木聚糖高效酶解体系的构建具有指导作用，也为高效转化生物质工程菌的构建提供了理论依据，具有广阔的工业应用前景。 

　　上述研究成果已发表在PloS ONE（2014, 9(8): e105264; 2014, 9(9): e106482）上，相关研究得到了国家863计划（863 Project，No. 2014AA021905）的资助和支持。

Coxyn A和Coxyl A酶解木寡糖，其中（A）水解产物薄层层析分析；（B）水解产物还原糖分析；（C）水解产物高效液相色谱分析。 

　　（生物质工程创新团队 贾晓静 米朔甫）