來(lái)自美國(guó)能源部國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）的研究人員證實(shí)，在最初于1990年俄羅斯的勘察加半島間歇泉谷（Valley of Geysers）發(fā)現(xiàn)的一種微生物中有一種酶，其消化纖維素的速度比當(dāng)前市場(chǎng)上主要的纖維素酶要差不多快兩倍。

如果這種酶能夠在更大型的測(cè)試中繼續(xù)表現(xiàn)良好，它有可能幫助降低從乙醇到可應(yīng)用于現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的其他生物燃料等木質(zhì)纖維素燃料的制造成本。研究論文“Revealing Natures Cellulase Diversity: The Digestion Mechanism of Caldicellulosiruptor bescii CelA”發(fā)表在近期的《科學(xué)》（Science）雜志上。

這種首先發(fā)現(xiàn)于熱淡水池中的細(xì)菌：Caldicellulosiruptor bescii分泌了一種叫做CelA的纖維素酶，CelA由兩個(gè)催化結(jié)構(gòu)域，中間的連接肽和一些纖維素結(jié)合模塊構(gòu)成。

美國(guó)能源部國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的研究人員對(duì)CelA進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)它能夠比領(lǐng)先的商業(yè)合劑中最豐富的纖維素酶Cel7A消化微晶粉末纖維素生成更多的糖類(lèi)——這是測(cè)試?yán)w維素降解的一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。他們發(fā)現(xiàn)CelA不僅能在較常見(jiàn)的材料表層去除消化纖維素，還能夠在材料中造成空腔，使得更大程度地與傳統(tǒng)的纖維素酶協(xié)同作用，獲得更高的糖釋放。

分泌這種CelA的細(xì)菌在75-90攝氏溫度（167-194華氏度）旺盛生長(zhǎng)。

論文的作者之一、美國(guó)能源部國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家Yannick Bomble說(shuō)：“在如此高的溫度下發(fā)揮作用的微生物和纖維素酶具有幾個(gè)生物技術(shù)優(yōu)勢(shì)。”

Bomble說(shuō)：“CelA是我們有史以來(lái)研究的最有效率的單個(gè)纖維素酶。它是一種非常復(fù)雜的酶，由兩個(gè)催化結(jié)構(gòu)域和三個(gè)結(jié)合模體構(gòu)成。它具有兩個(gè)互補(bǔ)的催化結(jié)構(gòu)域可協(xié)同發(fā)揮作用，這很可能是導(dǎo)致它成為如此有效的纖維素降解物的原因。”

大多數(shù)的商業(yè)操作都是采用將15-20種不同的酶組合到一起制成的酶雞尾酒，來(lái)將植物材料轉(zhuǎn)化為對(duì)生物燃料工業(yè)有用的糖類(lèi)。在大多數(shù)這樣的雞尾酒中，其中一種酶Cel7A承擔(dān)了最大量的工作。

當(dāng)研究人員將CelA與Cel7A進(jìn)行比較時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)在最佳溫度50攝氏度（122華氏度）時(shí)，Cel7A轉(zhuǎn)化微晶粉末纖維素的性能只有CelA的50%。

CelA發(fā)現(xiàn)于15年前，直到這項(xiàng)研究工作之前，人們對(duì)于這種復(fù)雜蛋白的認(rèn)知也僅限于它的總體結(jié)構(gòu)以及它能夠消化纖維素。

喬治亞州的科學(xué)家們最初是在有機(jī)物上培養(yǎng)這種生物體，利用它來(lái)生成細(xì)胞外酶。美國(guó)能源部國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室隨后利用性能分析、先進(jìn)成像、X射線晶體學(xué)和巨型計(jì)算機(jī)建模等技術(shù)，純化并確定了這些胞外酶的特征。

美國(guó)能源部國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，CelA不僅能夠非常有效地作用于纖維素，還能夠消化木糖。這意味著可以降低商業(yè)雞尾酒中消除木糖的酶的水平，從而降低成本。

如果一種酶能夠更有效地生成糖類(lèi)，這就意味著可以降低將有機(jī)物轉(zhuǎn)為燃料過(guò)程中主要的成本因素——酶雞尾酒的成本。

這些研究結(jié)果將對(duì)于工業(yè)產(chǎn)生重要的影響，對(duì)于科學(xué)家們也具有吸引力。論文的主要作者、美國(guó)能源部國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家說(shuō)：“我們正在了解更多關(guān)于這些纖維素酶的進(jìn)化、它們?nèi)绾卧跇O端環(huán)境下旺盛生長(zhǎng)等方面的信息。”

該研究的資助機(jī)構(gòu)生物能源科學(xué)中心主任Paul Gilna說(shuō)：“這一研究發(fā)現(xiàn)有可能重塑商業(yè)纖維素酶雞尾酒設(shè)計(jì)藍(lán)圖。”