东北林大筛选出木聚糖酶类芽孢杆菌新菌株

　　

东北林业大学科研人员经过3年努力，在不同的土壤环境下成功地筛选出分泌性表达木聚糖酶的类芽孢杆菌新菌株。有关专家认为，这种新菌株的筛选成功在我国尚属首次，其对生物质资源的再利用具有重要意义。

 

木聚糖酶是降解植物半纤维素的主要酶制剂，在食品、造纸、饲料及能源转化等方面都有广阔的应用前景。我国是农业大国，木聚糖资源十分丰富，仅农业秸秆、麸皮、壳每年就可达4亿多吨，林业生产所提供的采伐和加工剩余物也有1000万吨之多。此前我国一直利用传统的生物酶解法降解木聚糖，这种方法产量低、成本高，很大程度上限制了我国可再生植物资源的开发和利用。如何找到一种高效低成本的酶制剂也成为业界和科研人员面临的一项紧迫任务。

 

东北林业大学林学院副教授包怡红在黑龙江省青年科学技术专项资金“植物半纤维素生物质转化酶产生菌的筛选及工程菌株的构建”项目支持下，从2005年开始带领课题组就如何提高木聚糖酶单位产量和降低生产成本等问题进行了深入系统的研究。他们按木聚糖酶产生菌的筛选、鉴定、工程菌株的构建、产酶条件优化、酶学性质和酶的蛋白分子结构研究的技术路线，先后完成了木聚糖酶产生菌的初筛、复筛和DNS（3，5—二硝基水扬酸）法筛选，并从落叶松和白桦林地表层土壤中筛选出三株木聚糖酶产生细菌，通过对菌落形态和生理生化特性以及16SrDNA序列分析，鉴定三株菌都是类芽孢杆菌。在此基础上，通过正交试验确定了最佳产酶培养基配方和最优培养条件，从类芽孢杆菌中克隆得到木聚糖酶基因xyn1，将其构建到大肠杆菌表达系统pET28a上，转化大肠杆菌BL21，得到成功表达；纯化后酶活力可达3890IU，活力提高了近20倍，重组酶酶学性质和出发菌株产酶性质基本一致。他们还发现，酶蛋白分子结构研究结果表明，在热变性过程中，木聚糖酶分子的二级结构与三级结构均发生变化，并伴有疏水面暴露和分子间聚集现象，而酸碱变性时仅观察到三级结构的变化，这为该酶今后在特殊的酸碱环境下的应用研究奠定了理论基础。

 

该成果日前通过了由黑龙江省科技厅组织的专家验收，有关专家评价，作为木聚糖酶产生菌的类芽孢杆菌在国内还未见报道；变性条件和分子结构分析表明，筛选出的类芽孢杆菌分泌表达的木聚糖酶的酶学性质稳定，可广泛用于工业化生产。