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  • 细菌降解植物木质素的研究新进展
  • 本站编辑:四川华标测检测技术有限公司发布日期:2020-09-11 15:46 浏览次数:

国家可再生能源实验室(NREL)和其他三个国家实验室的合作,对细菌分解植物中被称为木质素的坚硬部分的能力有了新的认识。

对该过程的进一步了解可能为工业应用开辟了一条道路。

植物由由纤维素、半纤维素和木质素等聚合物组成的复杂细胞壁保护。

前两种成分可以通过各种方法分解成糖类,然后转化成有价值的生物燃料和生物制品。但事实证明,木质素被证明是顽固的,它的用途基本上受到了限制。

"一个多世纪以来,研究人员一直在试图弄清楚木质素该怎么用,"NREL的研究员、美国国家科学院院刊《美国国家科学院院刊》上发表的一篇新论文的高级作者Gregg Beckham说。"关于这种聚合物有一句名言。除了钱,你可以用木质素制造出任何东西。"


植物聚合物木质素的加价是实现生物经济的关键,但木质素的异质性对其使用构成了障碍。天然的微生物转化过程将芳香族化合物混合物转化为单一产品,因此,已成为克服木质素异质性的一种手段。因此,了解细菌用于转化木质素降解产物的机制对其最终的工业应用具有重要意义。在这里,我们证明了一种有前途的木质素相关合成生物学的细菌底盘--假单胞菌(Pseudomonas putida)分泌的外膜囊泡能在细胞外分解香族化合物。从这项工作中,我们提出了一种由土壤细菌从芳香族化合物中获取细胞外营养物质的机制,这为提高微生物木质素转化效率提供了希望。


但确切地知道细菌是如何消化和利用木质素的,是向制造有价值的东西迈进了一步。

新发表的研究建立在NREL之前的观察基础上,2015年报告了14种细菌菌株分解木质素低聚物并利用这些成分的能力。有了这些知识,来自NREL的研究人员开始了合作研究,研究最擅长攻击木质素的三种细菌。

这篇题为 "外膜囊泡在Pseudomonas putida KT2440中合成木质素衍生的芳香族化合物 "的新论文是NREL、阿贡国家实验室、橡树岭国家实验室和太平洋西北国家实验室的环境分子科学实验室的工作成果。该研究由DOE科学办公室生物与环境研究办公室的生物能源创新中心资助。

"这是一个团队的努力,需要木质素化学家、分子生物学家、微生物学家、微生物学家和系统生物学家的共同努力。

"Beckham说。他与NREL的共同作者是Davinia Salvachúa、Allison Werner、Isabel Pardo、Brenna Black、Bryon Donohoe、Stefan Haugen、Rui Katahira、Sandra Notonier、Kelsey Ramirez和Antonella Amore。

新的研究考察了三种能够转化一部分木质素低聚物的最佳细菌。在进入该项目时,研究人员不知道这些细菌是如何完成这一壮举的。他们假设,木质素的低聚物无法通过细菌细胞膜移动,所以研究人员推测,一定是在细胞外发生了什么事情才会被分解。他们通过检查当细菌被喂食木质素时,在细胞外发现了哪些蛋白质来测试这一理论。

有一种细菌--假单胞菌KT2440--产生的蛋白质最多。

NREL和阿贡国家实验室的科学家们在显微镜下仔细观察这些细菌,发现这些细菌正在分泌外膜囊泡(OMVs)。随后,NREL和橡树岭国家实验室的科学家们共同研究了这些外膜囊泡的部分答案:即能够修饰木质素相关化合物的酶。

这项研究还远远没有完成。贝克汉姆指出,要弄清楚细菌是如何将木质素分解掉的,还需要几年时间。

"我们还没有全面了解,"他说,"但我们比五年前知道的要多一点。"


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李经理