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非培养微生物纤维素酶的发掘与优化

纤维素是自然界中存量最大的可再生多糖，并在纤维素酶的作用下可降解为可利用的单糖和低聚糖。纤维素酶在食品、造纸以及生物能源行业具有广泛的应用。微生物是纤维素酶的重要来源，但由于大部分微生物在实验室条件下的不可培养性，微生物纤维素酶资源的开发与利用受到了极大的限制。我们课题组利用不依赖于微生物培养的宏基因组学技术，建立了发掘非培养微生物活性酶的方法，并从包括雪山、森林和人类肠道等不同的环境中发现了多个具有特殊生物活性和结构特性，归属于不同糖苷水解酶家族的纤维素酶，其中包括以单催化结构域水解纤维素、甘露聚糖和木聚糖等多种底物的糖苷水解酶，具有特殊跨膜结构的土壤纤维素酶，以及具有多种生物活性和极强酸碱耐受性的肠道纤维素酶。同时，我们通过酶的序列和结构域改造，提高了纤维素酶的活性，增强了纤维素酶的稳定性，拓宽了纤维素酶的底物范围，使其对不溶性微晶纤维素也具备了水解能力，为生物活性酶的发掘和利用提供了研究参考。