青岛能源所代谢物组学研究组揭示了纤维素降解菌热纤梭菌中β-葡萄糖苷酶BglA在纤维二糖以及昆布二糖代谢中的重要作用。该成果于8月7日在线发表于生物化学领域期刊International Journal of Biological Macromolecules《国际生物大分子杂志》。

　　农林废弃生物质是世界公认的零碳可再生木质纤维素资源，热纤梭菌是高效的纤维素降解菌，在生物质能源开发中具有重要应用价值。代谢物组学研究组长期致力于开发木质纤维素生物转化技术与工艺，提出了基于热纤梭菌的木质纤维素整合生物糖化（CBS）策略（Biotechnology Advances 2020. 40: 107535），并对热纤梭菌的生理生化和代谢调控机制进行了系统的研究。代谢物组学研究组前期阐明了热纤梭菌如何通过ABC转运蛋白将降解纤维素后获得的可溶性纤维寡糖运输进入胞内（mBio 2022. 13: e0147622），但热纤梭菌的寡糖胞内代谢机制仍不明确。已有的研究认为，热纤梭菌主要通过磷酸解途径将纤维寡糖转化为葡萄糖和葡萄糖-1-磷酸，进入糖酵解途径进行同化，而基于β-葡萄糖苷酶BglA的水解途径只是磷酸解途径的一个备用途径，因此，热纤梭菌中BglA的确切生理功能尚未解析。

　　研究团队首先通过体外酶学性质分析发现热纤梭菌的BglA可以水解β-1,4糖苷键连接形成的纤维二糖和β-1,3糖苷键连接形成的昆布二糖，且昆布二糖水解活性是纤维二糖水解活性的24倍；其次通过晶体结构测定和分子对接分析了BglA对昆布二糖和纤维二糖底物特异性水解的结构基础；最后结合基因敲除、转录分析等研究，确定BglA是热纤梭菌代谢昆布二糖的关键酶，对纤维二糖的代谢也具有非常重要的作用。不仅如此，研究表明，热纤梭菌中BglA介导的水解途径与磷酸化酶介导的磷酸解途径存在交叉调控，揭示了热纤梭菌对寡糖胞内代谢的特殊调节方式。含有β-1,3糖苷键的多糖生物质在海洋和陆地中都广泛存在，但在生物质降解研究中未得到充分的重视。该研究进一步明晰了热纤梭菌对多糖降解产物的代谢机制和调节机制，强调了降解含β-1,3糖苷键底物在生物质转化中的重要性。

　　该项研究由青岛能源所代谢物组学研究组完成，肖艳副研究员为论文的第一作者，崔球研究员和冯银刚研究员为论文的通讯作者。研究组成员东升副研究员和刘亚君研究员以及中国科学院天津工业生物技术研究所的游淳研究员对该研究做出了重要贡献。本研究得到了中科院战略性先导专项、国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东能源研究院、青岛市自主创新重大专项的资助。(文/刘亚君；图/肖艳)

　　图1 热纤梭菌的寡糖代谢途径

　　图2 热纤梭菌β-葡萄糖苷酶BglA在二糖代谢中的重要作用

　　原文链接:https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.126226