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本文聚焦于澄清黄弧菌，全面阐述其在降解木质纤维素方面的能力。该菌能产生多酶复合体（cellulosomes），高效分解纤维素和半纤维素（尤其是木聚糖）。不同菌株利用木糖能力有差异，这使其在生物质降解和生物燃料生产等生物技术领域极具潜力。
引言
嗜热厌氧细菌可在高温下降解木质纤维素，在生物技术领域意义重大。澄清黄弧菌（Acetivibrio clariflavus）是其中的佼佼者，在多种环境中广泛存在，能高效降解木质纤维素。本文将全面介绍其纤维素和半纤维素分解能力。
澄清黄弧菌的分离与鉴定
澄清黄弧菌属于梭菌纲（Clostridia）的颤螺菌科（Oscillospiraceae） ，曾有多个命名。其模式菌株 EBR45 = DSM 19732 = NBRC 101661 首次从厌氧污泥中分离得到，为杆状、厌氧、嗜热、产芽孢且能形成 cellulosomes 的细菌 ，可利用纤维素和纤维二糖，但不能利用淀粉、葡萄糖、木糖和阿拉伯糖等。
CL - 1 菌株从垃圾浆降解的嗜热产甲烷反应器中分离，与模式菌株 DSM 19732 序列相似度达 99.9% 。此外，在其他多种纤维素分解环境中也发现了该菌，如以滤纸为碳源的发酵培养基、沼气微生物群落、柳枝稷发酵过程等。
不同菌株利用木聚糖和木糖的能力有所差异。如 4 - 1 和 4 - 2a 菌株能利用木糖和预处理木材，而 DSM 19732 菌株则不能。4 - 2a 菌株在利用木聚糖、木寡糖（XOs）和木糖方面表现更优，对柳枝稷的溶解效率也更高 。
2012 年，DSM 19732 菌株的全基因组序列公布，其基因组包含一个 4,897,678 bp 的环形染色体，GC 含量为 35.6% ，预测有 4242 个编码基因序列 。与 A. thermocellus 相比，A. clariflavus DSM 19732 编码木聚糖酶的基因更多，且 4 - 2a 菌株基因组含有木糖异构酶基因，这解释了其能利用木糖的特性。
澄清黄弧菌产生的 cellulosomes
为高效降解纤维素底物，包括澄清黄弧菌在内的多种厌氧细菌会产生 cellulosomes，它由支架蛋白（scaffoldins）和酶组成。支架蛋白含黏合域（cohesion domains），能与酶上的 dockerin 域结合，形成大型多酶复合体 。
A. clariflavus DSM 19732 的 cellulosomic 系统包含 13 种不同的支架蛋白（ScaA - ScaO）和 79 种含 dockerin 的蛋白 。其支架蛋白与 A. cellulolyticus 相似，但数量更多，且部分支架蛋白含有细胞锚定域 。A. clariflavus 的 cellulosomes 在细胞表面高度共定位，且其组成和丰度受底物类型影响 。
从以不同碳源培养的 A. clariflavus 中分离出的 cellulosomes，对纤维素、木聚糖和柳枝稷的催化活性不同。如微晶纤维素（MCC）来源的 cellulosomes 对纤维素的降解活性最高，而低分子量的 cellulosomes 对木聚糖的降解活性更高 。与 A. thermocellus 相比，A. clariflavus 的 cellulosomes 对不溶性纤维素活性较低，但对半纤维素底物（尤其是木聚糖）活性较高 。
澄清黄弧菌参与碳水化合物降解的酶
降解纤维素和其他 β - 葡聚糖的酶
对在不同碳源上培养的 A. clariflavus 的 cellulosomes 分析发现，其中共有 72 种糖苷水解酶（GHs），分属 27 个已知的 GH 家族 。MCC 来源的 cellulosome 活性最高且蛋白质含量最丰富。
GH48 家族的假定外切葡聚糖酶（Clocl_4007）是 CB I 组分中最丰富的蛋白质之一，与 A. thermocellus 的外切葡聚糖酶 Cel48S 和 Ruminiclostridium cellulolyticum 的内切 β - 1,4 - 葡聚糖酶 F 相似，能从纤维素还原端释放纤维二糖 。
GH9 家族包含多种内切和外切纤维素酶。Clocl_3917 与 A. thermocellus 的纤维二糖水解酶 Cbh9A 相似，Clocl_2225 与 A. thermocellus 的 CelQ 相似，二者重组表达后协同作用 。
此外，GH5 和 GH8 家族中也有假定的内切葡聚糖酶。A. clariflavus 还可能含有至少两种混合连接葡聚糖酶（lichenases），即 Clocl_1811 和 Clocl_3132 。
β - 葡糖苷酶可将 β - 葡寡糖完全降解为葡萄糖。A. clariflavus 的 β - 葡糖苷酶存在于 GH1 和 GH3 家族，均为非 cellulosomal 酶 。补充 β - 葡糖苷酶和 β - 木糖苷酶可显著提高 A. clariflavus 对脱木质素稻草的糖化效率 。
半纤维素分解酶
木聚糖结构复杂，其完全降解需要多种酶协同作用。A. clariflavus 的 cellulosome 中，GH30 家族的木聚糖酶含量丰富。Clocl_1795 被鉴定为木二糖水解酶 AcXbh30A，能从木寡糖和木聚糖的非还原端释放木二糖 。Clocl_2746 是 GH30_12 亚家族的成员，为非特异性内切木聚糖酶 。
除 GH30 木聚糖酶外，基因组中还鉴定出多个编码 GH11 和 GH10 木聚糖酶的基因。如 Clocl_2441 和 Xyn2083（Clocl_2083 编码），它们在木聚糖降解过程中发挥重要作用 。
β - 木糖苷酶常见于 GH3、GH39、GH43 和 GH52 家族，A. clariflavus 缺乏 GH52 成员，GH39 的 Clocl_2443 和 GH43_1 的 Clocl_0074（Xyl43C）对木二糖的活性不同 。
α - 葡糖醛酸酶可去除木聚糖上的葡糖醛酸侧链，A. clariflavus 基因组中只有一个编码 GH67 α - 葡糖醛酸酶的基因 clocl_0930，为非 cellulosomal 和细胞内酶 。
乙酰木聚糖酯酶可去除木聚糖主链上的乙酰基，A. clariflavus 中该类酶存在于 CE3、CE4、CE6 和 CE7 家族 。此外，还鉴定出了假定的阿魏酸酯酶 。
α - L - 阿拉伯呋喃糖苷酶可去除阿拉伯木聚糖中的阿拉伯糖部分，A. clariflavus 基因组中含有 GH51_1 基因 clocl_2445，编码的 Abf51 可增强阿拉伯木聚糖的转化 。GH43 家族的多个酶也参与阿拉伯木聚糖和阿拉伯聚糖的水解 。
A. clariflavus 含有多个编码可能参与木葡聚糖主链水解的酶的基因，但因缺乏 α - 木糖苷酶和 β - 半乳糖苷酶，木葡聚糖衍生的寡糖可能无法进一步代谢 。
A. clariflavus 预测含有两种 GH26 细胞内 β - 1,4 - 甘露聚糖酶，但缺乏 β - 甘露糖苷酶基因，不过假定的细胞内 GH130_9 β - 甘露糖苷磷酸化酶可替代其功能 。
其他碳水化合物活性酶
A. clariflavus 中参与 α - 葡聚糖转化的酶数量较少，与该菌不能利用淀粉作为碳源相符 。
几丁质在 A. clariflavus 中可能仅部分降解，由假定的 cellulosomal GH18 几丁质酶 Clocl_3239 和 β - N - 乙酰葡糖胺酶 Clocl_0533 参与 。
参与 β - 半乳聚糖降解的酶有 Clocl_2763（假定的外切 β - 1,3 - 半乳聚糖酶）和 Clocl_4012（假定的 GH53 内切 β - 1,4 - 半乳聚糖酶），但该菌缺乏典型的 β - 半乳糖苷酶 。
A. clariflavus 降解果胶物质的酶较少，缺乏作用于同型半乳糖醛酸的糖苷水解酶，仅有的相关酶可能无法完全降解果胶 。
碳水化合物结合模块
A. clariflavus 的蛋白质中含有来自 19 个不同家族的 83 个碳水化合物结合模块（CBMs） 。CBM3 家族数量最多，主要与纤维素结合，部分新发现的模块可与木聚糖结合 。CBM6 模块存在于多种含木聚糖酶结构域的蛋白中，可结合多种多糖 。CBM9 和 CBM22 模块常与 GH10 结构域一起存在于大型多结构域木聚糖酶中，具有结合多种多糖和热稳定的功能 。
膨胀素
A. clariflavus 中鉴定出两种膨胀素样蛋白 Clocl_1862 和 Clocl_1298（CclEXL1 和 CclEXL2） 。膨胀素可破坏植物细胞壁的非共价相互作用，使细胞壁多糖更易被降解酶作用 。CclEXL1 优先识别纤维素底物，CclEXL2 增强纤维素降解的效果更强，它们在 A. clariflavus 降解木质纤维素过程中发挥重要作用 。
结论
嗜热细菌 A. clariflavus 拥有丰富的纤维素和半纤维素分解酶，这些酶大多存在于 cellulosomes 中，协同作用高效降解植物材料。与其他厌氧产 cellulosomes 细菌相比，A. clariflavus 的纤维素分解酶数量较少，但木聚糖分解潜力更高。其 4 - 2a 菌株能发酵木糖，在生物质降解方面极具潜力，且该菌含有的酶可为合成各种糖缀合物提供前体，具有重要的经济价值 。
