超嗜热菌Fervidibacter sacchari糖苷水解酶家族10成员Fsa02490Xyn的鉴定与功能表征：一种新型耐高温木聚糖酶的发现

这篇研究深入解析了来自超嗜热菌Fervidibacter sacchari的糖苷水解酶家族10（GH10）成员Fsa02490Xyn的结构与功能特性。该酶在90-100°C和pH 7.0-8.0条件下展现最优活性，对桦木/山毛榉木聚糖具有显著降解能力（Km=2.375 mM，kcat/Km=1.259×104 s-1·M-1）。系统发育分析揭示了Fervidibacteria类群中GH10酶的基因水平转移现象，为极端环境下多糖降解机制提供了新见解。

　　

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Abstract

研究团队对超嗜热菌Fervidibacter sacchari的GH10家族酶Fsa02490Xyn进行了全面表征。该菌株属于难培养的Armatimonadota门，其基因组编码117个糖苷水解酶（GH）。实验证实Fsa02490Xyn在90-100°C和pH 7.0-8.0条件下对山毛榉/桦木木聚糖具有最高活性，并能降解胶凝多糖和β-葡聚糖。通过pNPX2（对硝基苯酚-β-木二糖苷）测定显示其K_m为2.375 mM，催化效率达1.259×10⁴ s^-1·M^-1。

Graphical Abstract

Fsa02490Xyn呈现典型的(β/α)₈ TIM桶状结构，含有两个保守的谷氨酸催化残基（Glu166和Glu270）。该酶以内切方式切割木聚糖主链，释放寡糖而非单糖。系统发育分析发现Fervidibacteria类群中GH10酶形成独立进化枝，并与嗜热Bacillota存在基因水平转移（HGT）现象。

Materials and methods

通过大肠杆菌异源表达获得带GB1溶解度标签的重组蛋白，经镍柱纯化后使用TEV蛋白酶切除标签。底物特异性通过DNS法检测还原糖释放量，动力学参数采用Lineweaver-Burk作图计算。采用AlphaFold2构建蛋白质结构模型，并通过7.5%非变性电泳验证其为单体结构。

Results and Discussion

结构与功能特性

Fsa02490Xyn的计算机模型与Acetivibrio clariflavus木聚糖酶（PDB 8B73）高度相似（40.81%一致性）。酶在100°C处理1小时后完全失活，但在90°C下保持80%活性。UPLC-MRM/MS分析证实其水解产物为木寡糖而非木糖。

系统进化意义

28个Fervidibacteria的GH10酶与15个Bacillota酶形成独特进化枝，包括来自牛瘤胃和造纸废水的未培养微生物酶。值得注意的是，俄罗斯热泉发现的超嗜热木聚糖酶Xyn10K（95°C最适温度）与该进化枝高度同源，暗示其可能源自Fervidibacter。

Conclusions

作为Armatimonadota门中第二个被深入研究的GH酶，Fsa02490Xyn的广谱底物特异性解释了其在多种碳源条件下的高表达现象。该研究为理解极端环境下多糖降解的分子机制提供了新视角，其耐高温特性在生物能源领域具有应用潜力。研究同时揭示了Fervidibacteria类群中GH10酶通过HGT实现的适应性进化。