木質纖維素降解酶的分子改造研究取得新進展

　　木質纖維素是地球上最為豐富的可再生資源，能將木質纖維素降解為葡萄糖的木質纖維素酶是一個復合酶系，其中的組分在養殖、食品、釀酒、紡織、洗滌、能源和造紙等工業中也具有廣泛的應用價值。利用基因工程手段對纖維素酶分子進行改造實現定向進化，開發熱穩定和活力提高的纖維素酶，對水解木質纖維素底物具有潛在的巨大優勢。耐熱性酶較高的比活可以降低所需的酶量，其高穩定性也使水解時間得以延長從而提高酶的性能。此外，增強的熱穩定性也使得酶可以在高溫生產體系中應用，同時高溫環境還可以降低其它微生物污染的風險。這一切都會大大增加整體的經濟效益，在工業化生產中具有實際意義。

　　中國科學院成都生物研究所吳中柳研究員課題組通過基因家族改組、隨機突變和理性設計綜合運用等手段，研究了酶蛋白結構功能關系，獲得了多種耐熱性或活力大幅度提高的人工酶。采用易錯PCR、基因家族改組以及半理性設計等方法，研究人員把嗜熱脂肪土芽孢桿菌內切木聚糖酶XT6在75°C熱失活半衰期提高了52倍，并將其最適反應溫度從77°C提高到了87°C，同時催化效率(kcat/Km)也提高了90%；根據已知的晶體結構，采用計算機預測軟件PoPMuSiC對其進行理性設計和預測，通過定點突變的方法把黑曲霉阿魏酸酯酶FaeA在50°C熱失活半衰期從8分鐘提高到77分鐘，催化轉化數提高10倍，單位體積培養液中的酶活力提高30倍以上；利用家族改組、定點突變和飽和突變的方法，把嗜熱放線菌b-葡萄糖苷酶BglC在61°C熱失活半衰期提高了144倍；采用飽和突變和理性設計的方法，把熱纖梭菌內切葡聚糖酶CelA在86°C熱失活半衰期提高了10倍且最適反應溫度也提高了10°C。

　　這些研究工作有利于降低木質纖維素降解的生產成本，進一步推動耐熱型木質纖維素酶的工業化應用。該系列成果發表在Bioresource Technology(2010)上。