微生物扩张蛋白BsEXLX1的碳水化合物结合域CBM63促进扩张素相关蛋白与植物次生细胞壁中半纤维素的吸附

本研究针对木质纤维素生物质抗降解性难题，通过免疫荧光和透射电镜技术揭示了细菌扩张蛋白BsEXLX1及其CBM63结构域在杨木次生细胞壁中对半纤维素（葡糖醛酸木聚糖和葡甘露聚糖）的特异性吸附机制，为开发新型生物质预处理策略提供了理论依据。

　　

木质纤维素生物质的抗降解性一直是制约生物炼制应用的瓶颈。植物细胞壁中纤维素微纤维与半纤维素、木质素形成的复杂网络结构，使得酶或化学处理难以有效分解。微生物扩张素（expansin）及相关蛋白因其非水解性细胞壁松动能力备受关注，但其在天然木材次生细胞壁中的作用机制尚不明确。

瑞典皇家理工学院（KTH Royal Institute of Technology）联合芬兰阿尔托大学等机构的研究团队，在《Biotechnology for Biofuels and Bioproducts》发表研究，首次揭示了细菌扩张蛋白BsEXLX1通过CBM63结构域特异性结合硬木次生细胞壁半纤维素的关键机制。研究人员采用杂交杨木为模型，结合免疫荧光标记、透射电镜（TEM）和亚临界水提取（SWE）技术，系统比较了BsEXLX1、真菌松散蛋白PcaLOOL12及其CBM63融合蛋白（PcaLOOL12-CBM63）的吸附特性。

关键技术方法包括：（1）通过重组表达制备BsEXLX1、PcaLOOL12及融合蛋白；（2）采用免疫荧光和免疫金标记技术定位蛋白在新鲜木材、研磨木粉及SWE处理样品中的分布；（3）利用单克隆抗体LM10（靶向葡糖醛酸木聚糖）和LM21（靶向葡甘露聚糖）分析半纤维素表位掩蔽效应；（4）通过HPAEC-PAD（高效阴离子交换色谱-脉冲安培检测）定量SWE处理前后半纤维素含量变化。

免疫定位揭示CBM63介导的吸附特性

研究发现BsEXLX1和PcaLOOL12-CBM63在纤维次生壁层（S1-S3）呈现强标记信号，而缺乏CBM63的PcaLOOL12仅显示微弱结合（图1）。TEM显示蛋白主要分布于半纤维素丰富的次生壁层，而在木质素含量高的复合中层（CML）标记较少，提示CBM63对半纤维素的特异性识别。

半纤维素表位掩蔽效应

BsEXLX1和PcaLOOL12-CBM63处理显著降低了LM10/LM21抗体的金颗粒密度（图2B），葡糖醛酸木聚糖和葡甘露聚糖表位掩蔽率分别达50%和70%（P<0.001），证实蛋白通过竞争性结合阻断抗体识别。

亚临界水提取验证结合依赖性

SWE去除30-50%半纤维素后（图3A），BsEXLX1和PcaLOOL12-CBM63的免疫信号几乎消失（图4），而纤维素/木质素含量未显著变化，明确CBM63依赖半纤维素实现吸附。

该研究首次阐明微生物扩张素相关蛋白通过CBM63靶向硬木半纤维素的空间分布规律，为设计基于蛋白辅助的生物质预处理工艺提供了新思路。通过融合CBM63增强松散蛋白的吸附能力，可优化酶解效率并减少纤维素酶用量，对生物燃料和功能材料开发具有双重意义。未来研究需进一步解析CBM63与特定半纤维素链的分子互作机制，并评估其在工业规模生物质转化中的协同效应。