重新设计生物燃料生产细菌酶的重点

将纤维植物废物(如玉米秸秆和刨花)转化为可发酵的单糖以生产生物燃料并非易事。细菌必须分解坚韧的叶子，茎和其他抗降解的纤维素物质，使它们变成可用的能量。

在这个过程中帮助细菌变得更有效率可以为我们的储气罐和生物塑料等可持续产品带来更实惠的生物燃料。实现该目标的一种方法是重新设计称为纤维素酶的细菌酶复合物，其在降解过程中用作催化剂。

为了生产这些所谓的设计师纤维素酶，国际研究联盟CellulosomePlus正在开发方法来提高这种复杂工程过程的效率，使其经济可行和有效。来自西班牙，波兰和爱尔兰的联盟研究人员最近在“化学物理学报”上报告了他们对一种方法的研究结果。

研究人员专注于热纤梭菌(C. thermocellum)细菌。能够直接将纤维素转化为乙醇，特别是在升高的温度下，该细菌作为最佳生物燃料催化剂引起了极大的兴趣。

值得注意的是，热纤梭菌具有大的纤维小体，其通过许多酶(主要是纤维素酶)的同时作用来降解纤维素。酶是称为dockerins的分子的一部分，其与称为cohesin结构域的各种蛋白质结构域形成非共价复合物。这些结构域是支架蛋白的连接区段，支架蛋白是用作纤维小体骨架的大蛋白质。纤维素酶功能要求cohesins具有机械强度，纤维素酶是将植物废物转化为糖的有效酶。

“设计更好的纤维素酶体的一种方法是改善I型粘连蛋白的机械稳定性，并重新设计纤维素酶单位，”负责物理研究所生物物理实验室的论文的共同作者Marek Cieplak说。 ，波兰科学院。

研究人员针对C. thermocellum的c7A cohesin，因为它似乎比其他cohesins受到更强烈的机械应力，并且具有特别的机械稳定性。

开发了一种计算方法来识别哪些点突变，单个氨基酸置换，将导致更强的机械稳定性以及更高的热力学稳定性。使用全原子计算，研究人员通过用丙氨酸或苯丙氨酸系统地替换所有氨基酸来确定突变。

“一个有趣的结果是突变对蛋白质的内部结构产生了非明显的影响，从而影响了稳定性，”Mateusz Chwastyk说，他也是该出版物的作者之一，也是Cieplak的前学生。

具体而言，接触图(影响构象动态的氨基酸对列表)的变化可以是非局部的。最好的选择是通过实验测试的。研究人员还发现，在蛋白质链中添加不同氨基酸之间的二硫键，使蛋白质对拉伸具有极强的抵抗力。

“我们的理论方法似乎是筛选突变对蛋白质机械和热稳定性影响的有效近似，”Cieplak说。

所提出的方法是通用的，可以应用于多种突变，并且目前用于解释生活在极端环境中的细菌的性质。