淺談生孢噬纖維菌的性質(zhì)研究及其應(yīng)用方向

李清月

摘要：生孢噬纖維菌是一種特別的可以產(chǎn)生纖維素酶的滑動(dòng)細(xì)菌，它具有較強(qiáng)的纖維素降解能力。纖維素是植物細(xì)胞壁的主要成分，其內(nèi)部包含D-葡萄糖基本單元及通過，4-糖苷鍵連接而成的準(zhǔn)晶態(tài)結(jié)構(gòu)。纖維素可通過酸解，酶解及微生物降解等方法被降解利用，至今尚仍未透徹洞悉酶降解纖維的機(jī)理。纖維素酶可以有效降解纖維素，將生孢噬纖維菌的基因克隆表達(dá)對(duì)于纖維素酶的開發(fā)利用具有重要意義。

關(guān)鍵詞：生孢噬纖維菌;纖維素酶;纖維素

1、生孢噬纖維菌簡(jiǎn)介

生孢噬纖維菌[1] 本身具有特殊的生活史，它是一類特殊的好氧性滑動(dòng)細(xì)菌，可以利用纖維素與纖維二糖作為碳源和能源生長(zhǎng)，屬于革蘭氏陰性菌。細(xì)胞形態(tài)可以發(fā)生一定轉(zhuǎn)換，如生長(zhǎng)條件不利體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)不充足時(shí)菌絲體會(huì)轉(zhuǎn)變成小孢囊以維持其正常生理特性，形成的小孢囊為體眠體，待到條件轉(zhuǎn)好時(shí)機(jī)合適時(shí)，小孢囊將會(huì)再次萌發(fā)完成與菌絲體之間的相互轉(zhuǎn)化。生孢噬纖維菌在纖維素降解過程中，形成長(zhǎng)度為5 μm左右的長(zhǎng)桿狀細(xì)胞，該細(xì)長(zhǎng)桿狀細(xì)胞可彎曲，吸附嵌入纖維素分子中將纖維素降解，在降解后期，桿狀細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)變形成1.0 μm左右的小孢囊[2-3]體眠細(xì)胞。

20世紀(jì)80年代末，山東大學(xué)法明、高培基等人采用濾紙雙層平板法提高培養(yǎng)基的選擇性，從土壤中篩選得到一株好氧性細(xì)菌，經(jīng)對(duì)其進(jìn)行形態(tài)學(xué)及生理生化鑒定后命名為Sporocytophaga sp.JL-01。Sporocytophaga sp.JL-01在濾紙培養(yǎng)基上培養(yǎng)36h以后開始產(chǎn)生小孢囊以及許多長(zhǎng)短不一的由桿狀細(xì)胞形成小孢囊的中間狀態(tài)，經(jīng)過7天左右可將纖維素底物完全降解，這就是較早被發(fā)現(xiàn)研究的生孢噬纖維菌。

2、纖維素的性質(zhì)及作用

纖維素的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，為無色無味的白色絲狀物，分子內(nèi)包含很多由分子間氫鍵和非共價(jià)鍵連接構(gòu)的微纖絲，不溶于水及一般的有機(jī)溶劑。纖維素是取之不盡用之不竭的人類最寶貴的天然可再生資源，其產(chǎn)出量十分驚人，每年約由高達(dá)100億噸的纖維素被合成。纖維素除了是地球上含量最為豐富的碳源以外，還具有很多作用，在自然界內(nèi)許多動(dòng)物以纖維素為主要食物來源利用其體內(nèi)的纖維素酶降解纖維素以獲得日常所需能量，纖維素還能夠被木霉屬、漆斑霉屬、曲霉屬以及根霉屬等菌屬有效的降解利用。但是由于人體的消化道內(nèi)不含有能降解纖維素的酶，因此直接利用纖維素為人體供給能量十分困難，所以降解纖維素內(nèi)部的糖苷鍵，破解高分子結(jié)構(gòu)，將纖維素降解成人類可以吸收利用的小分子葡萄糖是人類科研領(lǐng)域的一大難題。

雖然人類對(duì)攝入的纖維素不能降解消化，但是纖維素是一種重要的膳食纖維。纖維素也廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，纖維素能夠加速食物在腸道中蠕動(dòng)加快排泄，減少對(duì)腸道的不良刺激，作為一種食物纖維，它也具有保證人類健康的優(yōu)良作用，膳食纖維對(duì)于治療糖尿病，預(yù)防和治療冠心病，降血壓，抗癌等都有十分積極有效的作用，為人們的生活健康保駕護(hù)航。纖維素也適用于工業(yè)生產(chǎn)，在紡織造紙業(yè)作用十分突出，CMC作為纖維素的代表其廣泛的被應(yīng)用于紡織，印染，造紙，涂料，建筑用膠等行業(yè)。

3纖維素酶開發(fā)應(yīng)用前景

纖維素酶是降解纖維素的主要物質(zhì)，目前已有的纖維素酶對(duì)纖維素的降解效率普遍不高，難以滿足工業(yè)化應(yīng)用的需要，纖維素含量豐富，應(yīng)用廣泛具有很高的應(yīng)用前景，纖維素酶是一種生物催化劑，它具有高效專一的作用特點(diǎn)，利用纖維素酶能夠高效清潔地降解纖維素，對(duì)于纖維素資源開發(fā)具有積極的意義。未來可能破解纖維素的降解機(jī)制，大量將其應(yīng)用到生產(chǎn)生活中，纖維素是人類資源中一筆巨大的財(cái)富，這一寶藏有待我們繼續(xù)發(fā)掘。因此，開發(fā)新的高活力的纖維素酶具有十分重要的理論研究?jī)r(jià)值和實(shí)際應(yīng)用前景。研究不同纖維素酶的降解機(jī)制，合理選出最優(yōu)方案已成為時(shí)下分子研究領(lǐng)域的一大研究熱點(diǎn)，我們應(yīng)致力于人類能源事業(yè)，加倍努力研究纖維素的降解工作，為人類發(fā)展做貢獻(xiàn)，利用基因克隆技術(shù)，來獲得產(chǎn)物較難提取的生孢噬纖維菌的纖維素酶，有利于生孢噬纖維菌表達(dá)產(chǎn)物的研究，對(duì)其降解纖維素機(jī)制的研究有十分重要的作用，同時(shí)利用纖維素酶降解纖維素也是時(shí)下科研領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。

4生孢噬纖維菌基因克隆表達(dá)的意義

綠色植被主要由纖維素構(gòu)成，廣泛存在的纖維素是當(dāng)今世界上含量最多的可再生資源。纖維素代謝是生物圈碳循環(huán)的極其重要組成部分，纖維素可通過酸解，酶解及微生物降解等方法被降解利用，有效降解纖維素有利于解決世界范圍的環(huán)境污染、能源危機(jī)、糧食短缺等問題。纖維素酶（cellulase）[4] 是降解纖維素的一組酶系總稱，是降解纖維素的高活性生物催化劑。纖維素酶的產(chǎn)生及酶學(xué)性質(zhì)受到國(guó)內(nèi)外廣大學(xué)者的重視，隨著對(duì)其解深入了解研究，研究人員發(fā)現(xiàn)并研究了大量纖維素酶，盡管纖維素酶的應(yīng)用日益廣泛，但酶降解纖維素的作用機(jī)制仍是現(xiàn)在需要突破的技術(shù)難題。纖維素酶工業(yè)化存在酶降解效率低、熱穩(wěn)定性差及生產(chǎn)成本高的限制因素。為此，利用基因工程手段開發(fā)高產(chǎn)量高活性的纖維素酶，對(duì)其產(chǎn)生的纖維素酶的酶活性深入研究，有利于纖維素的降解利用，利用利用分子克隆的方法對(duì)來源于生孢噬纖維菌的纖維素酶基因在大腸桿菌中進(jìn)行異源表達(dá)，將生孢噬纖維菌的基因作為目的片段，導(dǎo)入大腸桿菌內(nèi)，裂解表達(dá)菌株獲得胞內(nèi)產(chǎn)物纖維素酶，并對(duì)其酶學(xué)性質(zhì)進(jìn)行初步的研究，對(duì)于纖維素酶的開發(fā)利用具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 于珊珊，劉東波，王偉華，李雁，王秀然，黃國(guó)輝.生孢噬纖維菌莢膜多糖的分離純化及其性質(zhì)[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2006，12（6）：854-856.

[2] 胡明，劉玉慶，武英，張秀美，盧雪梅，高培基.噬纖維菌和生孢噬纖維菌作為飼用蛋白質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，14（3）.

[3] 劉東波，張影，陳珊，厲錫亮，張麗萍，.生孢噬纖維菌的一個(gè)新菌株[J].微生物學(xué)通報(bào)，2004，31（2）.

[4] 劉建，張春玉，李巍，劉東波.生孢噬纖維菌CMcase基因的分離與表達(dá)[J].長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（4）：122-124.

（作者單位：大連工業(yè)大學(xué)）