细菌纤维素酶研究进展

目前，纤维素是zui丰富的可再生有机资源，其生物降解主要由微生物——细菌和真菌完成。细菌主要产中性纤维素酶和碱性纤维素酶，这类酶制剂对天然纤维素的水解作用较弱，长期以来没有得到足够的重视。但原核生物的基因一般不含内含子，可直接从基因组DNA中克隆到目的基因用于工程菌的构建。因此细菌纤维素酶基因的克隆，既利于研究纤维素酶基因的多样性，也利于纤维素酶基因工程菌的构建。随着中性纤维素酶和碱性纤维素酶在棉织品水洗整理工艺及洗涤剂工业中的成功应用，以及耐热性纤维素酶在燃料酒精生产中应用，细菌纤维素酶制剂已显示出良好的应用性能和巨大的经济价值。

2 纤维素分解性细菌的类群

纤维素分解性细菌是指能分解纤维素的细菌，分三大类群：（1）厌氧发酵型：芽孢梭菌属（Clostridium）、牛黄瘤胃球菌属（Ruminococcus）、白色瘤胃球菌（Ruminococcusalbus）、产琥珀酸拟杆菌（Bacteroidessuccinogenes）、产琥珀酸丝状杆菌（Fibrobactersuccinogenes）、溶纤维菌（Butyrivibriofibrisolvens）、热纤梭菌（Clostridiumthermocellum）、解纤维梭菌（Clostridiumcellulolyticum）；（2）好氧型：粪碱纤维单胞菌（Cellulomonasfimi）、纤维单胞菌属（Cellulomonas）、纤维弧菌属（Cellvibrio）、发酵单胞菌（Zymomonas）、混合纤维弧菌（Cellvibrimixtus）；（3）好氧滑动菌，如噬胞菌属（Cytophaga）。

3 细菌纤维素酶基因的克隆与表达

细菌中编码纤维素酶的基因在基因组的分布为随机的或形成基因簇。在基因簇中，有转录终止子，没发现有启动子。人们已从40多种细菌中克隆到了纤维素酶基因，其中一些酶基因已经在大肠杆菌和酵母中得到表达。如从Stropyomyces、Clostridium、Thermoanaerobacter、Themomonspora、Erwinia、Pseudomonas、Cellvibrio、Ruminococcus、Cellulomonas、Fibrobacter和Bacillus中成功分离出葡聚糖基因，并先后克隆了瘤胃的Bacteroides、succi nogenes、ButyrivibriospRuminococcusalbus等细菌的纤维素酶基因，同时热梭菌中的11种内切纤维素酶（CelA、CelB、CelD、CelE、CelF、CelG、CelH、CelI、CelJ、CelK、CelS）的基因已经被克隆，嗜纤维梭菌的5种内切纤维素酶（EngA、EngB、EngC、EngD、EngE）已经测序并在大肠杆菌中得到表达。杨智源、刘永生、游银伟等从不同的细菌中克隆了内切葡聚糖酶基因[1-3]。Kim等克隆了AquifexaeolicusVF5编码EG的ce18Y基因，在E.coliXL1-Blue中成功表达，Hakamada等运用盒式连接介导PCR和反向PCR克隆到了基因egl-257。人们将纤维素酶、纤维二糖等外源基因转入运动发酵单胞菌（Zymomonasmobilis）中并得到不同程度的表达，有望将它改造为能将纤维素转化为乙醇的重组菌株并在工业中广泛应用。细菌葡聚糖酶基因在S.cerevisiae的启动子和信号肽的控制下构建在同一质粒载体上，然后转入S.cerevisiae，重组菌可向培养基分泌保留70%活性的葡聚糖内切酶和外切酶，这种酶能够分解滤纸和木浆中的纤维素。

4 细菌纤维素酶分类

细菌纤维素酶是多酶复合体系，根据各酶的功能可分为三大类：（1）内切葡聚糖酶（1,4-D-glueanohydrolase或endo-1,4-β-D-glucanase，EC3.2.1.4），简称Cen。作用于纤维素内部的非结晶区，随机水解β-1,4-糖苷键，将长链纤维素分子截短，产生大量非还原性末端的小分子纤维素，其分子量大小约为23-146KD。（2）外切葡聚糖纤维二糖水解酶（1,4-β-D-glucancellobio-hydrolase或exo-1,4-β-D-glucanase,EC3.2.1.91），简称Cex。作用于纤维素线状分子末端，水解β-1，4-D-14糖苷键，依次切下一个纤维二糖分子，故又称为纤维二糖水解酶（cellobiohydrolase），分子量约38-118KD。（3）β-葡萄糖苷酶（β-1,4-glucosidase,EC3.2.1.21）简称BG或称纤维二糖酶。这类酶一般将纤维二糖或可溶性的纤维糊精水解成葡萄糖分子，其分子量约为76KD。