团队解释了重要微生物的较高纤维素分解活性

能源部国家可再生能源实验室(NREL)和生物能源科学中心(BESC)的研究人员表示，更好地了解细菌可能会导致纤维素乙醇和其他先进生物燃料的生产成本降低。他们的发现是在对热纤梭菌(Clostridium thermocellum)的性能进行调查时发现的。科学家们发现，这种微生物利用了目前已知的常见纤维素酶降解机制(游离酶和附着在细胞上的支架酶)，以及一类新的支架酶，不附着在细胞上。

这一发现令研究人员感到意外，并解释了C. thermocellum对生物质的优越性能。一篇报道该细菌潜力的论文，“ 其广泛的纤维素酶模式解释的梭菌热带细胞的戏剧性表现”，发表在最新一期的“ 科学进展 ”杂志上。

这种厌氧细菌是生物质原料生产生物燃料的主要候选者，因为它已经拥有外部纤维素酶系统和将生物质转化为乙醇的内部代谢途径。C. thermocellum无处不在，已从土壤，堆肥，食草动物和温泉中分离出来。

“ C. thermocelum可以从任何地方恢复，无论你身在何处，如果存在生物量且温度合适，它就会存在。” NREL科学家Yannick Bomble说，他是该论文的项目负责人和资深作者。

热纤维细胞使用游离酶系统和栓系的纤维素体系统(纤维小体)，其中碳水化合物活性酶(CAZymes)由初级和次级支架蛋白组织以产生附着于细菌细胞壁的大蛋白质复合物。“这些酶复合物是一种惊人的机器，”Bomble说。“它们可以包含多达63种生物质降解酶。人们可以将纤维素体视为纳米级章鱼从各个角度包裹和消化纤维素微纤维。”

NREL的BESC研究人员使用新发布的克隆策略，通过与达特茅斯学院的合作，使用支架蛋白缺失菌株探测热纤连的初级和二级支架的重要性。他们发现支架蛋白对C. thermocellum使用的细胞壁除颤机制至关重要。天然纤维素体能够通过展开和分裂生物质颗粒在解构期间产生或至少维持增加的基质表面积。这些纤维素酶的任何修饰都会完全丧失这种能力，例如去除一级或二级支架蛋白。

这些有趣的观察结果并非研究人员发现的唯一发现。使用相同的突变菌株作为背景，他们还发现了一种新型的酶组装体，它不会与细胞束缚，使微生物更自由地探索额外的生物量，或在其纤维素分解系统中提供冗余以确保一致的糖源。 。

这些发现对工业具有重要意义，对科学家来说非常有吸引力。“我们正在学习很多关于这种微生物，它如何在几乎任何环境中茁壮成长，以及它如何在生物质上运作。但是，我们意识到仍有工作要做，以充分发挥它的潜力。我们一直在努力提高生物质活性，提高可再生燃料产量，“Bomble说。

“我们的使命是通过我们的基础研究实现并确实加速纤维素生物燃料企业的出现，”BESC主任Paul Gilna说。“ C. thermocellum被认为是生物圈中最有效的纤维素降解细菌之一，因此这种新的作用模式的发现代表了生物燃料生产先进方法科学基础的重大进展。”

由生物能源科学中心实现的这一发现将影响用于改善生物质降解微生物的纤维素分解活性的策略。生物质转化影响许多科学领域，从食草动物健康和生物燃料生产到温泉生态系统的动态。“生物能源科学中心的多机构性质允许进行有影响力的研究，例如此处报道的研究，”该中心的研究论文和活动负责人之一Michael Himmel说。