淺談生孢噬纖維菌的性質研究及其應用方向

李清月

摘要：生孢噬纖維菌是一種特別的可以產生纖維素酶的滑動細菌，它具有較強的纖維素降解能力。纖維素是植物細胞壁的主要成分，其內部包含D-葡萄糖基本單元及通過，4-糖苷鍵連接而成的準晶態結構。纖維素可通過酸解，酶解及微生物降解等方法被降解利用，至今尚仍未透徹洞悉酶降解纖維的機理。纖維素酶可以有效降解纖維素，將生孢噬纖維菌的基因克隆表達對于纖維素酶的開發利用具有重要意義。

關鍵詞：生孢噬纖維菌;纖維素酶;纖維素

1、生孢噬纖維菌簡介

生孢噬纖維菌[1] 本身具有特殊的生活史，它是一類特殊的好氧性滑動細菌，可以利用纖維素與纖維二糖作為碳源和能源生長，屬于革蘭氏陰性菌。細胞形態可以發生一定轉換，如生長條件不利體內營養不充足時菌絲體會轉變成小孢囊以維持其正常生理特性，形成的小孢囊為體眠體，待到條件轉好時機合適時，小孢囊將會再次萌發完成與菌絲體之間的相互轉化。生孢噬纖維菌在纖維素降解過程中，形成長度為5 μm左右的長桿狀細胞，該細長桿狀細胞可彎曲，吸附嵌入纖維素分子中將纖維素降解，在降解后期，桿狀細胞發生轉變形成1.0 μm左右的小孢囊[2-3]體眠細胞。

20世紀80年代末，山東大學法明、高培基等人采用濾紙雙層平板法提高培養基的選擇性，從土壤中篩選得到一株好氧性細菌，經對其進行形態學及生理生化鑒定后命名為Sporocytophaga sp.JL-01。Sporocytophaga sp.JL-01在濾紙培養基上培養36h以后開始產生小孢囊以及許多長短不一的由桿狀細胞形成小孢囊的中間狀態，經過7天左右可將纖維素底物完全降解，這就是較早被發現研究的生孢噬纖維菌。

2、纖維素的性質及作用

纖維素的化學性質穩定，為無色無味的白色絲狀物，分子內包含很多由分子間氫鍵和非共價鍵連接構的微纖絲，不溶于水及一般的有機溶劑。纖維素是取之不盡用之不竭的人類最寶貴的天然可再生資源，其產出量十分驚人，每年約由高達100億噸的纖維素被合成。纖維素除了是地球上含量最為豐富的碳源以外，還具有很多作用，在自然界內許多動物以纖維素為主要食物來源利用其體內的纖維素酶降解纖維素以獲得日常所需能量，纖維素還能夠被木霉屬、漆斑霉屬、曲霉屬以及根霉屬等菌屬有效的降解利用。但是由于人體的消化道內不含有能降解纖維素的酶，因此直接利用纖維素為人體供給能量十分困難，所以降解纖維素內部的糖苷鍵，破解高分子結構，將纖維素降解成人類可以吸收利用的小分子葡萄糖是人類科研領域的一大難題。

雖然人類對攝入的纖維素不能降解消化，但是纖維素是一種重要的膳食纖維。纖維素也廣泛應用于生產生活的各個方面，纖維素能夠加速食物在腸道中蠕動加快排泄，減少對腸道的不良刺激，作為一種食物纖維，它也具有保證人類健康的優良作用，膳食纖維對于治療糖尿病，預防和治療冠心病，降血壓，抗癌等都有十分積極有效的作用，為人們的生活健康保駕護航。纖維素也適用于工業生產，在紡織造紙業作用十分突出，CMC作為纖維素的代表其廣泛的被應用于紡織，印染，造紙，涂料，建筑用膠等行業。

3纖維素酶開發應用前景

纖維素酶是降解纖維素的主要物質，目前已有的纖維素酶對纖維素的降解效率普遍不高，難以滿足工業化應用的需要，纖維素含量豐富，應用廣泛具有很高的應用前景，纖維素酶是一種生物催化劑，它具有高效專一的作用特點，利用纖維素酶能夠高效清潔地降解纖維素，對于纖維素資源開發具有積極的意義。未來可能破解纖維素的降解機制，大量將其應用到生產生活中，纖維素是人類資源中一筆巨大的財富，這一寶藏有待我們繼續發掘。因此，開發新的高活力的纖維素酶具有十分重要的理論研究價值和實際應用前景。研究不同纖維素酶的降解機制，合理選出最優方案已成為時下分子研究領域的一大研究熱點，我們應致力于人類能源事業，加倍努力研究纖維素的降解工作，為人類發展做貢獻，利用基因克隆技術，來獲得產物較難提取的生孢噬纖維菌的纖維素酶，有利于生孢噬纖維菌表達產物的研究，對其降解纖維素機制的研究有十分重要的作用，同時利用纖維素酶降解纖維素也是時下科研領域的一大熱點。

4生孢噬纖維菌基因克隆表達的意義

綠色植被主要由纖維素構成，廣泛存在的纖維素是當今世界上含量最多的可再生資源。纖維素代謝是生物圈碳循環的極其重要組成部分，纖維素可通過酸解，酶解及微生物降解等方法被降解利用，有效降解纖維素有利于解決世界范圍的環境污染、能源危機、糧食短缺等問題。纖維素酶（cellulase）[4] 是降解纖維素的一組酶系總稱，是降解纖維素的高活性生物催化劑。纖維素酶的產生及酶學性質受到國內外廣大學者的重視，隨著對其解深入了解研究，研究人員發現并研究了大量纖維素酶，盡管纖維素酶的應用日益廣泛，但酶降解纖維素的作用機制仍是現在需要突破的技術難題。纖維素酶工業化存在酶降解效率低、熱穩定性差及生產成本高的限制因素。為此，利用基因工程手段開發高產量高活性的纖維素酶，對其產生的纖維素酶的酶活性深入研究，有利于纖維素的降解利用，利用利用分子克隆的方法對來源于生孢噬纖維菌的纖維素酶基因在大腸桿菌中進行異源表達，將生孢噬纖維菌的基因作為目的片段，導入大腸桿菌內，裂解表達菌株獲得胞內產物纖維素酶，并對其酶學性質進行初步的研究，對于纖維素酶的開發利用具有重要意義。

參考文獻：

[1] 于珊珊，劉東波，王偉華，李雁，王秀然，黃國輝.生孢噬纖維菌莢膜多糖的分離純化及其性質[J].應用與環境生物學報，2006，12（6）：854-856.

[2] 胡明，劉玉慶，武英，張秀美，盧雪梅，高培基.噬纖維菌和生孢噬纖維菌作為飼用蛋白質的綜合評價[J].中國農業大學學報，2009，14（3）.

[3] 劉東波，張影，陳珊，厲錫亮，張麗萍，.生孢噬纖維菌的一個新菌株[J].微生物學通報，2004，31（2）.

[4] 劉建，張春玉，李巍，劉東波.生孢噬纖維菌CMcase基因的分離與表達[J].長春光學精密機械學院學報，2011（4）：122-124.

（作者單位：大連工業大學）