齊魯網(wǎng)·閃電新聞6月23日訊 利用微生物高效降解木質(zhì)纖維素成為可發(fā)酵糖，可以為綠色生物制造與生物能源開(kāi)發(fā)提供廉價(jià)碳源，是實(shí)現(xiàn)秸稈類生物質(zhì)高效利用的重要方向。熱纖梭菌通過(guò)分泌多酶復(fù)合體——纖維小體，能夠高效降解木質(zhì)纖維素，是生物煉制和綠色生物制造中重要的底盤(pán)菌株。纖維小體的表達(dá)量決定了菌株對(duì)底物降解糖化的效率，因此提高其表達(dá)水平是其工業(yè)應(yīng)用的核心需求。纖維小體由數(shù)十種酶和支架蛋白組成，結(jié)構(gòu)和調(diào)控極其復(fù)雜，如何通過(guò)基因工程手段提高其產(chǎn)量仍然是亟待解決的難題。

針對(duì)上述問(wèn)題，近日，青島能源所先進(jìn)生物煉制與合成研究組在研究熱纖梭菌纖維小體的底物感應(yīng)調(diào)控機(jī)制時(shí)，通過(guò)敲除多種蛋白酶來(lái)鑒定參與信號(hào)跨膜傳導(dǎo)的調(diào)控因子，意外發(fā)現(xiàn)一種HtrA家族胞外蛋白酶（命名為HtrA1），雖然HtrA1不參與纖維小體的底物感應(yīng)調(diào)控機(jī)制，但htrA1基因的敲除能夠顯著提升熱纖梭菌纖維小體的產(chǎn)量。HtrA家族蛋白通常具有蛋白酶和分子伴侶的活性，參與胞外蛋白的質(zhì)量控制。進(jìn)一步對(duì)敲除菌株ΔhtrA1的研究發(fā)現(xiàn)，htrA1基因的缺失使纖維小體的表達(dá)提升了接近50%，且并不影響熱纖梭菌的生長(zhǎng)和纖維小體的比酶活性，說(shuō)明HtrA1主要發(fā)揮胞外蛋白酶的功能，而非分子伴侶作用，并通過(guò)降解作用負(fù)向調(diào)控纖維小體的水平。隨著纖維小體表達(dá)量的增多，與對(duì)照菌株相比，ΔhtrA1在進(jìn)行全細(xì)胞纖維素糖化時(shí)，表現(xiàn)出顯著的性能提升。因此，ΔhtrA1為木質(zhì)纖維素糖化和生物煉制提供了一種新型高效底盤(pán)菌株。

圖1 通過(guò)敲除htrA1基因?qū)崿F(xiàn)熱纖梭菌纖維小體表達(dá)增加和糖化效果提升

本研究首次通過(guò)單個(gè)基因的敲除實(shí)現(xiàn)了纖維小體產(chǎn)量的提升，發(fā)現(xiàn)熱纖梭菌HtrA1蛋白酶作為翻譯后調(diào)控因子，具備負(fù)向調(diào)控其纖維小體豐度的能力。這一研究強(qiáng)調(diào)了翻譯后調(diào)控在微生物菌株改造中的巨大潛力，為熱纖梭菌及其它纖維素降解菌的基因工程改造和應(yīng)用提供了全新視角。

閃電新聞?dòng)浾?于瀟  報(bào)道

[責(zé)任編輯：于瀟 曾憲琳 楊本敬 劉暢]

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