放线菌降解纤维素机理的研究取得重要成果

    本研究从土壤中分离纯化出2株国际未知的纤维素降解新菌，一株是能够将天然纤维素快速降解的Cytophata新种，种菌对纤维降解起关键作用的是纤维二糖氧化酶。另一株是能够彻底降解纤维素的放线菌，经系统分类学鉴定和分子生物学比较，被确定为新菌，并定名为Streptomyces cellulolyticus，相关的分类学特征已在国际微生物协会新发现菌指定登录杂志《国际微生物进化与系统分类学》上公布，得到国际承认，已被列入国际微生物协会新菌目录。

    在对该菌纤维降解过程的研究中，发现有两种酶对纤维降解起关键作用。是内切葡聚糖S酶，该酶同时具有纤维外切酶和纤维内切酶两种酶活性，是纤维素骨架结构水解过程中的主要酶催化剂。另一种是纤维素液化酶（定名为C2酶），是一种低分子量的蛋白酶，在纤维素降解的起始过程中发挥关键作用。

    纤维素是最难被分解的可再生资源，虽然自然界中的天然纤维素经过长期堆积腐烂最终被彻底降解掉，但始终无法搞清楚纤维素是如何被降解的，是世界范围内的科学技术难点。

    本项目研究发现的小分子量纤维降解起始酶——纤维素液化酶在启动阻碍纤维素降解的纤维晶体结构解聚过程中扮演着十分重要的作用，由于该酶的参与，天然纤维被彻底降解，因此将其定义为纤维降解起始酶。由于这种起始酶的分子量极低，在之前的研究中完全被忽略而从未被发现过，因此始终无法搞清天然纤维的降解是如何开始的。纤维素液化酶的发现和研究，为彻底解开纤维降解机理提供了新的希望，为纤维降解机理的研究提供了新的模式，有望搞清天然纤维在自然界中是如何被微生物降解的，为解决能源危机提供新的洁净能源。此外，我们在研究黄原胶的降解过程中，发现了一种新的微生物细菌，这种细菌所分泌的几种酶仅能将黄原胶链式分子中的侧链全部切掉，而主链可以保持完整。由于黄原胶分子的主链结构是由b-葡萄糖苷键连接的长链分子，亦即纤维素分子，通过该微生物的黄原胶降解可以形成真正的纤维素分子，为纤维素酶研究提供真实的底物。

    通过本项目的研究，我们建立了一套成熟的“微生物菌的发现与筛选—酶的分离纯化—基因的克隆与表达—产物生产”的技术思路和方法。本研究的重要科学发现及创新之处在于，发现了一种在纤维素降解过程中起重要作用的降解酶C2酶是纤维素降解的起始因子，从而解决了研究过程中一直都无法回答的问题：高活力纤维素纯酶为什么不能降解天然纤维素，从而对纤维素降解过程中纤维素大分子的结构变化有了更深入的理解。本研究的意义在于为纤维素降解机理研究提供了重要的物质基础和手段。

    该项目研究成果已在国际学术期刊上发表了9篇SCI收录论文，4篇国家核心期刊论文，并为很多同行索取材料和论文。此项目成果获得2005辽宁省自然科学二等奖。目前，此项目得到辽宁省的基金资助，并正在申请新的国家自然科学基金项目，以继续本项目的研究工作。