浅谈生孢噬纤维菌的性质研究及其应用方向

李清月

摘要：生孢噬纤维菌是一种特别的可以产生纤维素酶的滑动细菌，它具有较强的纤维素降解能力。纤维素是植物细胞壁的主要成分，其內部包含D-葡萄糖基本单元及通过，4-糖苷键连接而成的准晶态结构。纤维素可通过酸解，酶解及微生物降解等方法被降解利用，至今尚仍未透彻洞悉酶降解纤维的机理。纤维素酶可以有效降解纤维素，将生孢噬纤维菌的基因克隆表达对于纤维素酶的开发利用具有重要意义。

关键词：生孢噬纤维菌;纤维素酶;纤维素

1、生孢噬纤维菌简介

生孢噬纤维菌[1] 本身具有特殊的生活史，它是一类特殊的好氧性滑动细菌，可以利用纤维素与纤维二糖作为碳源和能源生长，属于革兰氏阴性菌。细胞形态可以发生一定转换，如生长条件不利体内营养不充足时菌丝体会转变成小孢囊以维持其正常生理特性，形成的小孢囊为体眠体，待到条件转好时机合适时，小孢囊将会再次萌发完成与菌丝体之间的相互转化。生孢噬纤维菌在纤维素降解过程中，形成长度为5 μm左右的长杆状细胞，该细长杆状细胞可弯曲，吸附嵌入纤维素分子中将纤维素降解，在降解后期，杆状细胞发生转变形成1.0 μm左右的小孢囊[2-3]体眠细胞。

20世纪80年代末，山东大学法明、高培基等人采用滤纸双层平板法提高培养基的选择性，从土壤中筛选得到一株好氧性细菌，经对其进行形态学及生理生化鉴定后命名为Sporocytophaga sp.JL-01。Sporocytophaga sp.JL-01在滤纸培养基上培养36h以后开始产生小孢囊以及许多长短不一的由杆状细胞形成小孢囊的中间状态，经过7天左右可将纤维素底物完全降解，这就是较早被发现研究的生孢噬纤维菌。

2、纤维素的性质及作用

纤维素的化学性质稳定，为无色无味的白色丝状物，分子内包含很多由分子间氢键和非共价键连接构的微纤丝，不溶于水及一般的有机溶剂。纤维素是取之不尽用之不竭的人类最宝贵的天然可再生资源，其产出量十分惊人，每年约由高达100亿吨的纤维素被合成。纤维素除了是地球上含量最为丰富的碳源以外，还具有很多作用，在自然界内许多动物以纤维素为主要食物来源利用其体内的纤维素酶降解纤维素以获得日常所需能量，纤维素还能够被木霉属、漆斑霉属、曲霉属以及根霉属等菌属有效的降解利用。但是由于人体的消化道内不含有能降解纤维素的酶，因此直接利用纤维素为人体供给能量十分困难，所以降解纤维素内部的糖苷键，破解高分子结构，将纤维素降解成人类可以吸收利用的小分子葡萄糖是人类科研领域的一大难题。

虽然人类对摄入的纤维素不能降解消化，但是纤维素是一种重要的膳食纤维。纤维素也广泛应用于生产生活的各个方面，纤维素能够加速食物在肠道中蠕动加快排泄，减少对肠道的不良刺激，作为一种食物纤维，它也具有保证人类健康的优良作用，膳食纤维对于治疗糖尿病，预防和治疗冠心病，降血压，抗癌等都有十分积极有效的作用，为人们的生活健康保驾护航。纤维素也适用于工业生产，在纺织造纸业作用十分突出，CMC作为纤维素的代表其广泛的被应用于纺织，印染，造纸，涂料，建筑用胶等行业。

3纤维素酶开发应用前景

纤维素酶是降解纤维素的主要物质，目前已有的纤维素酶对纤维素的降解效率普遍不高，难以满足工业化应用的需要，纤维素含量丰富，应用广泛具有很高的应用前景，纤维素酶是一种生物催化剂，它具有高效专一的作用特点，利用纤维素酶能够高效清洁地降解纤维素，对于纤维素资源开发具有积极的意义。未来可能破解纤维素的降解机制，大量将其应用到生产生活中，纤维素是人类资源中一笔巨大的财富，这一宝藏有待我们继续发掘。因此，开发新的高活力的纤维素酶具有十分重要的理论研究价值和实际应用前景。研究不同纤维素酶的降解机制，合理选出最优方案已成为时下分子研究领域的一大研究热点，我们应致力于人类能源事业，加倍努力研究纤维素的降解工作，为人类发展做贡献，利用基因克隆技术，来获得产物较难提取的生孢噬纤维菌的纤维素酶，有利于生孢噬纤维菌表达产物的研究，对其降解纤维素机制的研究有十分重要的作用，同时利用纤维素酶降解纤维素也是时下科研领域的一大热点。

4生孢噬纤维菌基因克隆表达的意义

绿色植被主要由纤维素构成，广泛存在的纤维素是当今世界上含量最多的可再生资源。纤维素代谢是生物圈碳循环的极其重要组成部分，纤维素可通过酸解，酶解及微生物降解等方法被降解利用，有效降解纤维素有利于解决世界范围的环境污染、能源危机、粮食短缺等问题。纤维素酶（cellulase）[4] 是降解纤维素的一组酶系总称，是降解纤维素的高活性生物催化剂。纤维素酶的产生及酶学性质受到国内外广大学者的重视，随着对其解深入了解研究，研究人员发现并研究了大量纤维素酶，尽管纤维素酶的应用日益广泛，但酶降解纤维素的作用机制仍是现在需要突破的技术难题。纤维素酶工业化存在酶降解效率低、热稳定性差及生产成本高的限制因素。为此，利用基因工程手段开发高产量高活性的纤维素酶，对其产生的纤维素酶的酶活性深入研究，有利于纤维素的降解利用，利用利用分子克隆的方法对来源于生孢噬纤维菌的纤维素酶基因在大肠杆菌中进行异源表达，将生孢噬纤维菌的基因作为目的片段，导入大肠杆菌内，裂解表达菌株获得胞内产物纤维素酶，并对其酶学性质进行初步的研究，对于纤维素酶的开发利用具有重要意义。

参考文献：

[1] 于珊珊，刘东波，王伟华，李雁，王秀然，黄国辉.生孢噬纤维菌荚膜多糖的分离纯化及其性质[J].应用与环境生物学报，2006，12（6）：854-856.

[2] 胡明，刘玉庆，武英，张秀美，卢雪梅，高培基.噬纤维菌和生孢噬纤维菌作为饲用蛋白质的综合评价[J].中国农业大学学报，2009，14（3）.

[3] 刘东波，张影，陈珊，厉锡亮，张丽萍，.生孢噬纤维菌的一个新菌株[J].微生物学通报，2004，31（2）.

[4] 刘建，张春玉，李巍，刘东波.生孢噬纤维菌CMcase基因的分离与表达[J].长春光学精密机械学院学报，2011（4）：122-124.

（作者单位：大连工业大学）