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新型木質纖維素整合生物糖化生物催化劑研制成功
[所屬分類:行業動態] [發布時間:2021-11-15] [發布人:網站管理員2] [閱讀次數:] [返回]
新(xin)型(xing)木(mu)質纖維(wei)素整(zheng)合生物糖化(hua)(hua)生物催化(hua)(hua)劑研(yan)制成(cheng)功
作者：廖洋 劉(liu)佳 來源：中國(guo)科學報
山東拓普生物工程(cheng)有限公司 //ljxinglong.com
木(mu)質(zhi)纖維素具有(you)儲量大、可再(zai)生(sheng)的特(te)點，發展木(mu)質(zhi)纖維素的高效(xiao)轉化技術不僅可以實現低值農業廢棄(qi)生(sheng)物質(zhi)的高效(xiao)利(li)用，而且有(you)望(wang)從根本上提出(chu)全(quan)新(xin)的能(neng)源與產糧出(chu)口。
木(mu)質纖維(wei)素的(de)復雜結(jie)構和組成(cheng)形(xing)成(cheng)了天然拮抗降解作用(yong)的(de)屏(ping)障。因此，如何實(shi)現木(mu)質纖維(wei)素高效、低成(cheng)本的(de)酶解糖(tang)化成(cheng)為秸稈(gan)產業化應用(yong)的(de)主要“瓶頸(jing)”之一(yi)。
近日(ri)，中科院(yuan)青島(dao)生(sheng)物(wu)(wu)能源與過程研(yan)究(jiu)所代謝(xie)物(wu)(wu)組學研(yan)究(jiu)組成功開發新型木(mu)(mu)質(zhi)纖維(wei)素(su)整合生(sheng)物(wu)(wu)糖化(hua)（CBS）生(sheng)物(wu)(wu)催(cui)化(hua)劑(ji)，CBS工(gong)(gong)藝最終有望以具有經(jing)濟(ji)實用性(xing)和(he)可持續性(xing)的(de)(de)方(fang)式將(jiang)木(mu)(mu)質(zhi)纖維(wei)素(su)生(sheng)物(wu)(wu)轉化(hua)帶入實際的(de)(de)工(gong)(gong)業應用中，從而極大(da)地促進木(mu)(mu)質(zhi)纖維(wei)素(su)生(sheng)物(wu)(wu)質(zhi)資(zi)源的(de)(de)大(da)規模(mo)應用。該工(gong)(gong)作已近日(ri)在線發表于《生(sheng)物(wu)(wu)資(zi)源技術》。
記(ji)者(zhe)了解到，此前，青島能源(yuan)所代謝物組學(xue)研(yan)(yan)究(jiu)組在(zai)針對(dui)熱纖(xian)(xian)梭菌(jun)以及纖(xian)(xian)維小體開展長期(qi)研(yan)(yan)究(jiu)的(de)基礎上，建(jian)立了全新的(de)CBS策略。CBS采用(yong)基于纖(xian)(xian)維小體的(de)新型(xing)生物催化劑(ji)，并以可發酵(jiao)糖(tang)作為出口偶(ou)聯下(xia)游應(ying)用(yong)，具有顯著的(de)靈活性和(he)成本優(you)勢。
此外，代謝物(wu)組學(xue)研究組進一(yi)步圍繞CBS技術特點開發出(chu)了(le)上下游工藝，從而(er)形成了(le)從原(yuan)料(liao)到高值產品的全鏈條工藝。
由于纖維素的(de)水(shui)(shui)解物纖維二糖對纖維小(xiao)體(ti)(ti)體(ti)(ti)系(xi)產生(sheng)嚴重的(de)反饋抑制，CBS生(sheng)物催化(hua)劑(ji)中β—葡(pu)萄糖苷(gan)酶（BGL）的(de)表達不可缺(que)少，因此，此前，代謝物組學(xue)研究組已通過(guo)向熱纖梭菌中引(yin)入(ru)外源(yuan)(yuan)BGL，構建了兩代CBS生(sheng)物催化(hua)劑(ji)，實現(xian)了纖維素到葡(pu)萄糖的(de)高效轉(zhuan)化(hua)。然(ran)而(er)，在熱纖梭菌中實現(xian)異(yi)源(yuan)(yuan)蛋白的(de)高水(shui)(shui)平表達仍(reng)具(ju)有(you)較大的(de)挑(tiao)戰性。另(ling)一方面，滿(man)足CBS要(yao)求的(de)BGL最優表達水(shui)(shui)平及其(qi)與纖維小(xiao)體(ti)(ti)的(de)匹配(pei)規(gui)律也尚不清楚。
為了(le)解決這些問(wen)題，該組研究人員開發了(le)基(ji)于質粒(li)骨(gu)架的(de)高效異(yi)源(yuan)表(biao)達方法，實現了(le)BGL在熱(re)纖梭(suo)菌中的(de)高水平表(biao)達和外(wai)泌，獲得(de)了(le)第(di)三代CBS生物催化劑，進而(er)明確了(le)胞外(wai)BGL與(yu)纖維小體(ti)活性的(de)最佳(jia)比值應(ying)在5.5到21.6的(de)范圍內。
研究人員還發(fa)現，盡(jin)管(guan)BGL對于(yu)提高CBS糖化效率(lv)具有至關重(zhong)要(yao)的(de)(de)作(zuo)用(yong)，過(guo)量的(de)(de)BGL表達及其(qi)通過(guo)I型cohesin-dockerin相(xiang)互作(zuo)用(yong)在纖維小體上(shang)的(de)(de)組裝均會導(dao)致纖維小體活性(xing)的(de)(de)降低，這不僅證實(shi)了BGL與纖維小體協同活性(xing)的(de)(de)重(zhong)要(yao)性(xing)，更將有效指導(dao)下一步CBS生物催化劑(ji)的(de)(de)優化和改良(liang)。
目前，基于構建的第(di)三代CBS生物催化劑，代謝物組(zu)學研究組(zu)通過與企業合(he)作已經建成(cheng)百噸級秸稈(gan)糖(tang)化中(zhong)試(shi)示范，將進一(yi)步解決中(zhong)試(shi)放大過程中(zhong)的技術問題，開展CBS過程的生產成(cheng)本估(gu)算和(he)進一(yi)步的技術優化。
該工作得到了中科院戰略性先導專項(xiang)、國家自(zi)然(ran)科學基金委、青島市重點研(yan)發項(xiang)目的資助。
相關論(lun)文(wen)信(xin)息：//doi.org/10.1016/j.biortech.2021.125441
作者：廖洋 劉(liu)佳 來源：中國(guo)科學報
山東拓普生物工程(cheng)有限公司 //ljxinglong.com
木(mu)質(zhi)纖維素具有(you)儲量大、可再(zai)生(sheng)的特(te)點，發展木(mu)質(zhi)纖維素的高效(xiao)轉化技術不僅可以實現低值農業廢棄(qi)生(sheng)物質(zhi)的高效(xiao)利(li)用，而且有(you)望(wang)從根本上提出(chu)全(quan)新(xin)的能(neng)源與產糧出(chu)口。
木(mu)質纖維(wei)素的(de)復雜結(jie)構和組成(cheng)形(xing)成(cheng)了天然拮抗降解作用(yong)的(de)屏(ping)障。因此，如何實(shi)現木(mu)質纖維(wei)素高效、低成(cheng)本的(de)酶解糖(tang)化成(cheng)為秸稈(gan)產業化應用(yong)的(de)主要“瓶頸(jing)”之一(yi)。
近日(ri)，中科院(yuan)青島(dao)生(sheng)物(wu)(wu)能源與過程研(yan)究(jiu)所代謝(xie)物(wu)(wu)組學研(yan)究(jiu)組成功開發新型木(mu)(mu)質(zhi)纖維(wei)素(su)整合生(sheng)物(wu)(wu)糖化(hua)（CBS）生(sheng)物(wu)(wu)催(cui)化(hua)劑(ji)，CBS工(gong)(gong)藝最終有望以具有經(jing)濟(ji)實用性(xing)和(he)可持續性(xing)的(de)(de)方(fang)式將(jiang)木(mu)(mu)質(zhi)纖維(wei)素(su)生(sheng)物(wu)(wu)轉化(hua)帶入實際的(de)(de)工(gong)(gong)業應用中，從而極大(da)地促進木(mu)(mu)質(zhi)纖維(wei)素(su)生(sheng)物(wu)(wu)質(zhi)資(zi)源的(de)(de)大(da)規模(mo)應用。該工(gong)(gong)作已近日(ri)在線發表于《生(sheng)物(wu)(wu)資(zi)源技術》。
記(ji)者(zhe)了解到，此前，青島能源(yuan)所代謝物組學(xue)研(yan)(yan)究(jiu)組在(zai)針對(dui)熱纖(xian)(xian)梭菌(jun)以及纖(xian)(xian)維小體開展長期(qi)研(yan)(yan)究(jiu)的(de)基礎上，建(jian)立了全新的(de)CBS策略。CBS采用(yong)基于纖(xian)(xian)維小體的(de)新型(xing)生物催化劑(ji)，并以可發酵(jiao)糖(tang)作為出口偶(ou)聯下(xia)游應(ying)用(yong)，具有顯著的(de)靈活性和(he)成本優(you)勢。
此外，代謝物(wu)組學(xue)研究組進一(yi)步圍繞CBS技術特點開發出(chu)了(le)上下游工藝，從而(er)形成了(le)從原(yuan)料(liao)到高值產品的全鏈條工藝。
由于纖維素的(de)水(shui)(shui)解物纖維二糖對纖維小(xiao)體(ti)(ti)體(ti)(ti)系(xi)產生(sheng)嚴重的(de)反饋抑制，CBS生(sheng)物催化(hua)劑(ji)中β—葡(pu)萄糖苷(gan)酶（BGL）的(de)表達不可缺(que)少，因此，此前，代謝物組學(xue)研究組已通過(guo)向熱纖梭菌中引(yin)入(ru)外源(yuan)(yuan)BGL，構建了兩代CBS生(sheng)物催化(hua)劑(ji)，實現(xian)了纖維素到葡(pu)萄糖的(de)高效轉(zhuan)化(hua)。然(ran)而(er)，在熱纖梭菌中實現(xian)異(yi)源(yuan)(yuan)蛋白的(de)高水(shui)(shui)平表達仍(reng)具(ju)有(you)較大的(de)挑(tiao)戰性。另(ling)一方面，滿(man)足CBS要(yao)求的(de)BGL最優表達水(shui)(shui)平及其(qi)與纖維小(xiao)體(ti)(ti)的(de)匹配(pei)規(gui)律也尚不清楚。
為了(le)解決這些問(wen)題，該組研究人員開發了(le)基(ji)于質粒(li)骨(gu)架的(de)高效異(yi)源(yuan)表(biao)達方法，實現了(le)BGL在熱(re)纖梭(suo)菌中的(de)高水平表(biao)達和外(wai)泌，獲得(de)了(le)第(di)三代CBS生物催化劑，進而(er)明確了(le)胞外(wai)BGL與(yu)纖維小體(ti)活性的(de)最佳(jia)比值應(ying)在5.5到21.6的(de)范圍內。
研究人員還發(fa)現，盡(jin)管(guan)BGL對于(yu)提高CBS糖化效率(lv)具有至關重(zhong)要(yao)的(de)(de)作(zuo)用(yong)，過(guo)量的(de)(de)BGL表達及其(qi)通過(guo)I型cohesin-dockerin相(xiang)互作(zuo)用(yong)在纖維小體上(shang)的(de)(de)組裝均會導(dao)致纖維小體活性(xing)的(de)(de)降低，這不僅證實(shi)了BGL與纖維小體協同活性(xing)的(de)(de)重(zhong)要(yao)性(xing)，更將有效指導(dao)下一步CBS生物催化劑(ji)的(de)(de)優化和改良(liang)。
目前，基于構建的第(di)三代CBS生物催化劑，代謝物組(zu)學研究組(zu)通過與企業合(he)作已經建成(cheng)百噸級秸稈(gan)糖(tang)化中(zhong)試(shi)示范，將進一(yi)步解決中(zhong)試(shi)放大過程中(zhong)的技術問題，開展CBS過程的生產成(cheng)本估(gu)算和(he)進一(yi)步的技術優化。
該工作得到了中科院戰略性先導專項(xiang)、國家自(zi)然(ran)科學基金委、青島市重點研(yan)發項(xiang)目的資助。
相關論(lun)文(wen)信(xin)息：//doi.org/10.1016/j.biortech.2021.125441
