[發明專利]鏈霉菌的內切葡聚糖酶基因Cel5B及其應用

有效

• 申請號: 201210430383.7
• 申請日: 2012-11-01
• 公開（公告）號: CN102888418A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 杜麗琴;韋航;黃日波;韋宇拓;譚慧敏;雷攀先;趙英麗
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: C12N15/56
• 分類號: C12N15/56;C12N9/42;C12N15/63;C12N1/21;C12P19/14;C12R1/465
• 代理公司: 廣西南寧公平專利事務所有限責任公司 45104
• 代理人: 黃永校

技術領域

本發明涉及一個鏈霉菌的內切葡聚糖酶基因Cel5B，該基因編碼的蛋白質在降解纖維素中的應用。

背景技術

纖維素是植物中最廣泛存在的骨架多糖，是世界上最豐富的可再生的天然有機物（高潔，湯烈貴，1996，纖維素科學，科學出版社，27-28.）。纖維素具有由β-1,4-糖苷鍵連接單糖而形成晶體結構，必須轉化成微生物可利用的形式（如葡萄糖、乙醇等化合物）才能生物轉化成能源或生物化工產品（李旺，劉輝，李恒新等，2007，纖維素酶產生菌DR的篩選和優化培養，江蘇農業科學，3：170-172.）。用纖維素酶水解纖維素對環境沒有任何污染，使得豐富的生物質資源可以通過生物轉化變成綠色能源或可再生的生化產品（Rizzatti?ACSA，Jorge?JA，Terenzi?HF，et?al，2001，Purification?and?properties?of?a?thermostable?extracellularβ-D-xylosidase?produced?by?a?thermotolerant?Aspergillus?phoenicis.Journal?of?Industrial?Microbiology?and?Biotechnology,26:156-160.）。

纖維素結構復雜，任何一種單一的酶都難以高效地水解它，能降解天然纖維素的纖維素酶是一個復雜的多酶體系。

自然界中廣泛地存在著能降解纖維素的微生物，它們種類繁多，包括細菌、真菌和放線菌等（杜風光，史吉平，張龍等，2009，纖維質生產燃料乙醇產業化研究進展，29：72-73.）。細菌類有紅黃纖維弧菌（Cellvibriofulvus）、普通纖維弧菌（C.vulgaris）等。細菌產生的纖維素酶一般為胞內酶，并且產量比較低，主要產生中性纖維素酶和堿性纖維素酶。纖維單胞菌和高溫單胞菌是被廣泛研究的兩種產生纖維素酶的細菌（李明華，張大偉，楚杰等，2006，飼料纖維素酶的研究與應用進展，新飼料，7：65-68.）；放線菌類有鏈霉屬（Streptomyces）QMB814、高溫放線菌屬（Thernoactinomycete）和Theremomonospora?curvata等；真菌類有黑曲霉（Aspergillus?niger）、血紅栓菌（Trametes?sanguinea）、臥孔屬（Poria）、繩狀青霉（Penicillium?funiculosum）、綠色木霉（Trichlderma?viride）、里氏木霉（T.reesei）等，其中里氏木霉和黑曲霉是目前應用最廣的纖維素酶生產菌（Tang?B,Pan?H?B,Zhang?Q?Q,et?al,2009,Cloning?and?expression?of?cellulose?gene?EGI?from?Rhizopus?stolonifervar.reftexus?TP-02in?Escherichia?coli.Bioresource?Technology,100:6128-6132.）。除此之外，國內外還嘗試了應用基因工程技術來改造和構建高效纖維素降解菌（林麗華，秦國梅，韋宇拓等，2009，臺灣家白蟻內切葡聚糖酶活性中心氨基酸的飽和突變，生物工程學報，25（6）：927-931.），同時發現部分動物體內也可以產生纖維素酶,如牛的胃、木蠹蛾的唾液和蝸牛的胃液等都含有豐富的纖維素酶（Duan?CJ,Feng?JX.,2010,Mining?metagenomes?for?novel?cellulase?genes.Biotechnol?Lett.32(12):1765-75.）。

纖維素酶是能夠將纖維素降解成葡萄糖的一組酶的總稱，它是一類復雜水解酶的復合物，稱為纖維素酶系（宋波，鄧曉莑，2003，纖維素酶的研究進展，22（7）：419-495.）。一般可以分為內切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶。（1）內切葡聚糖酶：是從纖維素分子非結晶區域羧甲基纖維素水解產生大量小分子纖維素；（2）外切葡聚糖酶是從纖維素鏈末端水解產生纖維二糖分子；（3）β-葡萄糖苷酶水解纖維二糖分子和短鏈的纖維寡糖生成葡萄糖。學者普遍認為：纖維素被纖維素酶徹底水解是這三種酶協同作用的結果（Kudo?H,Cheng?KJ,Costerton?JW,1987,Electron?microscopic?study?of?the?methylcellulose-mediated?detachment?of?cellulytic?rumen?bacteria?from?cellulose?fibers,33:267-270.）。