山东科研团队开发出一种显著提升纤维小体产量方法

齐鲁网·闪电新闻6月23日讯 利用微生物高效降解木质纤维素成为可发酵糖，可以为绿色生物制造与生物能源开发提供廉价碳源，是实现秸秆类生物质高效利用的重要方向。热纤梭菌通过分泌多酶复合体——纤维小体，能够高效降解木质纤维素，是生物炼制和绿色生物制造中重要的底盘菌株。纤维小体的表达量决定了菌株对底物降解糖化的效率，因此提高其表达水平是其工业应用的核心需求。纤维小体由数十种酶和支架蛋白组成，结构和调控极其复杂，如何通过基因工程手段提高其产量仍然是亟待解决的难题。

针对上述问题，近日，青岛能源所先进生物炼制与合成研究组在研究热纤梭菌纤维小体的底物感应调控机制时，通过敲除多种蛋白酶来鉴定参与信号跨膜传导的调控因子，意外发现一种HtrA家族胞外蛋白酶（命名为HtrA1），虽然HtrA1不参与纤维小体的底物感应调控机制，但htrA1基因的敲除能够显著提升热纤梭菌纤维小体的产量。HtrA家族蛋白通常具有蛋白酶和分子伴侣的活性，参与胞外蛋白的质量控制。进一步对敲除菌株ΔhtrA1的研究发现，htrA1基因的缺失使纤维小体的表达提升了接近50%，且并不影响热纤梭菌的生长和纤维小体的比酶活性，说明HtrA1主要发挥胞外蛋白酶的功能，而非分子伴侣作用，并通过降解作用负向调控纤维小体的水平。随着纤维小体表达量的增多，与对照菌株相比，ΔhtrA1在进行全细胞纤维素糖化时，表现出显著的性能提升。因此，ΔhtrA1为木质纤维素糖化和生物炼制提供了一种新型高效底盘菌株。

图1 通过敲除htrA1基因实现热纤梭菌纤维小体表达增加和糖化效果提升

本研究首次通过单个基因的敲除实现了纤维小体产量的提升，发现热纤梭菌HtrA1蛋白酶作为翻译后调控因子，具备负向调控其纤维小体丰度的能力。这一研究强调了翻译后调控在微生物菌株改造中的巨大潜力，为热纤梭菌及其它纤维素降解菌的基因工程改造和应用提供了全新视角。

闪电新闻记者 于潇  报道

[责任编辑：于潇 曾宪琳 杨本敬 刘畅]

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