中科院青岛能源所开发新型木质纤维素糖化高效全菌催化剂
如何实现木质纤维素生物质这一低值原料的高值化利用，一直是国内外的研究热点。中国科学院青岛生物能源与过程研究所代谢物组学团队以打破国外技术垄断、突破木质纤维素糖化技术瓶颈为研究目标，长期致力于热纤梭菌等纤维素降解菌的遗传改造及代谢工程研究，利用团队前期开发的一系列基因操作工具(J Microbiol Methods, 2012, 89: 201-8.; PloS One 2013, 8:e69032; Appl Microbiol Biotechnol, 2014, 98: 313-23; Biotechnol Biofuels, 2015, 8: 36.)，通过对热纤梭菌及其纤维素降解酶系——纤维小体的定向改造，构建了新型的工程菌株，可以作为全菌催化剂实现木质纤维素底物到可发酵糖的高效转化，有力促进了木质纤维素生物转化的工业化进程。相关成果已于5月12日在线发表于Biotechnology for Biofuels [Zhang J, et al, 2017, 10(1):124]，其中，博士生张杰为该论文的第一作者，研究员崔球和副研究员刘亚君为该论文的通讯作者。
木质纤维素基生物质以其储量及可再生性备受关注，但农林废弃物的不合理处置，会极大增加环境压力，引起包括水体污染、焚烧雾霾等严重的环境污染问题。因此，非粮木质纤维素的高效利用是亟待解决的全球性问题，对实现经济的可持续发展具有重要的战略意义。然而，木质纤维素生物质的工业化、规模化和商业化应用仍未真正展开，其主要原因在于尚未突破木质纤维素高效、低成本转化为可发酵糖的这一瓶颈步骤。
纤维小体是目前已知自然界中最高效的纤维素降解分子机器之一，作为典型的产纤维小体菌株，热纤梭菌(Clostridium thermocellum)具有天然高效降解纤维素底物的特性，因此被认为是最有前景的可以通过整合生物加工技术的策略实现木质纤维素基高效生物催化转化的菌株。然而，已有的野生菌株及其纤维小体存在底物水解活力受酶催化产物的反馈抑制等不足之处，不能适应工业化的要求。
图1. 热纤梭菌重组菌株DSM1313::CaBglA的构建及验证
图2. 糖化过程中，热纤梭菌重组菌株DSM1313::CaBglA还原糖生产水平（实线）及pH变化（虚线）分析
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来源：中科院
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