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。近日，中國科學院青島生物能源與過程研究所代謝物組學團隊博士研究生洪偉、研究員崔球、副研究員劉亞君等對熱纖梭菌纖維小體所有腳架蛋白功能進行了系統分析，揭示了各種腳架蛋白和不同協同作用對纖維小體活性的貢獻，使人們對纖維小體的高效降解機制有了更深入的認知，為進行木質纖維素生產生物燃料提供了新的見解和思路。相關成果在線發表于最新一期的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同效應在纖維素降解過程中的貢獻仍不清楚。研究人員利用前期開發的thermotargetron遺傳操作技術（Mohr G, Hong W, et al, PloS One 8(7):e69032），構建了一系列腳架關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、纖維小體形態以及纖維素底物結合率的變化，定量分析了不同腳架蛋白及其模塊對纖維小體的纖維素降解活性的貢獻。
研究結果表明，纖維小體一級腳架CipA蛋白中I型Cohesin模塊及CBM模塊介導的“酶-酶”，“酶-底物”之間的協同效應是高效降解的核心機制，II型Dockerin模塊介導的“酶-細胞”之間的協同效應是降解的輔助機制。與一級腳架相比，二級腳架蛋白對熱纖梭菌纖維素降解速率影響較小，且與其所含的II型Cohesin模塊個數相關。
此外，研究人員發現細胞表面纖維小體突起結構的缺失并不影響細胞與纖維素底物的結合，推翻了前人“熱纖梭菌細胞通過纖維小體結合在纖維素底物上”的觀點，表明熱纖梭菌存在不依賴于纖維小體結構的纖維素底物結合方式。
該研究成果進一步展示了thermotargetron技術是在嗜熱微生物遺傳改造方面的快速、高效，對嗜熱微生物研究和應用開發具有重要作用。
上述研究獲得了科技部973項目、中科院科研裝備項目和國家自然科學基金等的資助。
圖1. 熱纖梭菌關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.
