一组研究人员最近在《期刊》上发表了一篇论文环境研究在生物能源生成的背景下，全面审查了产生的纤维素酶酶阳性细菌。
学习：对生物燃料应用的纤维素酶的战略研究的全面综述。图片来源：mateusz kropiwnicki/shutterstock.com
背景
每年植物生产的大量纤维素作为废物生物量可用。处理该生物质的有效方法之一是将其用于生物能源生成，以充分满足不断增长的能源需求。微生物纤维素酶可以将纤维素生物量转化为简单的糖单元/葡萄糖，这是生产生物燃料的前体。
海洋放线菌是一种常见的革兰氏阳性细菌之一，它产生具有高pH稳定性，热耐受性和对盐浓度和金属离子的耐药性的多烯酶纤维素酶，可以作为获得高度稳定的纤维素酶来代谢纤维素的合适来源。
在这项研究中，研究人员全面审查了产生不同的纤维素酶阳性细菌，这可以促进木质纤维素生物量转化为生物能。
来自海洋放线杆菌的纤维素酶
Actinoalloteichus sp，从Havelock岛获得的海洋沉积物分离出的海洋放线菌菌株，该菌株具有873bp分子大小和14.379 1U/mL酶活性的纤维素酶。相似地，链霉菌albidoflavus（（s阿尔巴德拉夫）从Nahoon Beach获得的海洋沉积物中分离出，在4和40的pH值下产生205 U/G酶活性的纤维素酶oC最佳温度。
链霉菌，，，，链霉菌Niotnavkkma02和Nocardiopsis DassonvilleiPSY13从南印度海岸，布莱尔港和南洋海水的海洋沉积物中分离出来，产生了纤维素酶，高酶活性分别为8.93 U/ml，7.75 U/mL和6.36 U/mg。
由分子大小为110K的纤维素酶由链霉菌，Actuosus，从肠道隔离Mugil Cephalus从...获取这弗拉尔河口。链霉菌从从波斯湾获得的沉积物中分离出，产生的纤维素酶非常低的酶活性为0.09 1U/ml。
使用海洋放线细菌纤维酶的木质纤维素转化
小麦草，玉米臭味和稻壳通常用作生物乙醇生产的纤维素来源。木质纤维素生物转化的最新研究表明，合成0.78ml g-1使用海草的生物乙醇cymodocea在存在海洋放线杆菌作为纤维素酶源的情况下，物种作为纤维素生物量来源。
同样，当在添加镁离子以生产镁离子以生产纤维素酶在中，分别使用预处理的小麦吸管和玉米棒作为纤维素来源，分别产生330 mg/g和320 mg/g链霉菌物种-cc48。此外，使用具有高纤维素含量的几种未开发的木质纤维素生物量可以为可再生生物燃料提供新的纤维素来源。
增强新型海洋肌细菌的纤维素酶产生的策略
基因工程方法
这种方法涉及将纤维素酶基因插入简单的模型生物体中，以在最小的持续时间内增加纤维素酶的产生。例如，通过基因工程方法实现的内核葡萄糖酶2过表达可以大大增强酶活性。
基因组采矿技术
基因组挖掘用于从新的放线菌中筛选纤维素酶，并在其他系统中表达采矿纤维素。进行基于基因组的分析以鉴定基于海洋的微生物中的酶和代谢产物。
在海洋中鉴定出几个纤维素酶基因链霉菌（S. singhaiensis）链霉菌使用此技术。此外，观察到非常高的羧甲基纤维素酶（CMCASE）活性S. Xinghaiensis与其他海军陆战队链霉菌。
同样，在模型的静脉细菌菌株中仅检测到七个纤维素酶编码基因链霉菌，虽然在另一个经过充分探索的菌株中未鉴定出这种基因链霉菌菌Avermitilis。
核糖体和代谢工程方法
核糖体工程工具通常用于通过翻译来上调纤维素酶基因，以增加纤维素酶的产量。例如，在RPSL海洋基因链霉菌毒素基因产生可以通过核糖体工程来承受高温的木聚糖酶。
来自AZOM的更多内容：什么是发光放电光发射光谱法
代谢工程工具用于操纵代谢转移和通量以产生所需数量的纤维素酶。例如，直接治疗未处理的植物生物量，例如开关的草和玉米臭味热叶夫夫卡双功能醇脱氢酶由于琥珀酰辅酶A（COA）向丙酰coA的代谢转移而导致最高酶促产量。
诱变方法
诱变用于通过位点/化学定向突变实现纤维素酶基因的过表达。例如，来自Thermotoga MaritimaTm值使用定向的诱变改善CEL12B，突变菌株表现出增强的纤维素酶活性。同样，使用定向的进化方法来增加外糖酶和β-葡萄糖苷酶活性，从而在执行共表达时导致葡萄糖的产生显着增加。
溶剂，金属离子和化学试剂对纤维素酶的影响
溶剂，化学试剂和金属离子的影响直接影响农业废物对生物燃料转化效率。研究表明，当将金属离子（例如氯化钙，氯化汞和氯化铜）添加到酶中时，纤维素酶活性增加，而在十二烷基硫酸钠表面活性剂的存在下观察到中等活性。在化学试剂（例如洗衣清洁剂）存在下观察到稳定的纤维素酶活性。
不同的纤维素筛查方法
纤维素酶的定性和定量分析在废物到能量转化过程中起着至关重要的作用，因为有效转化取决于纤维素酶的数量和质量。筛查方法，例如溴化铵洪水，刚果红测定和过滤器测定法可用于对纤维素酶进行准确的定性分析。
但是，这些方法不能用于定量分析。尽管可以利用DNS测定法对纤维素酶进行高度准确的定性和定量分析，但该技术是热敏性的，这是主要缺点。米勒方法通常是首选的，因为它可以执行定性和定量分析，并且需要较小的孵育时间。
固定策略用于多次使用酶
极高的能源需求需要确定一种简单且经济上可行的方法，以将木质纤维素废物转换为生物燃料。纤维素酶的固定化可以被认为是最先进，最具成本效益的策略，因为它依赖于将农业生物量大规模转化为生物乙醇的捕获的放线细菌纤维素酶。因此，固定技术促进了酶的再利用，并降低了废物到生物乙醇转化的成本。
使用戊二醛交联酶是固定纤维酶的常用方法。当将纤维素固定在藻酸钠 - 聚乙烯乙二醇（PEG）通过交联时，水解活性增加了133％。
同样，当将纤维素固定在聚苯胺/阳离子水凝胶上时，观察到水解活性增加了90％。此外，即使在9号之后，该酶仍保留了73％的水解活性Th水解周期。两种方法都可以用于酶水解。
金属有机框架（MOF），例如[电子邮件保护]在不同的化学和物理变化期间保持极为稳定的咪唑酸框架-8（ZIF-8）可以用作纤维素酶固定化的底物。
纤维素的酶水解
纤维素可以用作水解廉价的底物，而酶水解后获得的葡萄糖可用作生产生物燃料的关键底物。廉价的底物/纤维素和固定酶/纤维素酶的使用可以使水解过程在工业规模上更有效和成本效益。
例如，当甘蔗汁取代的培养基被从纤维素酶水解时，产生了3.48 g/l乙醇。链霉菌。此外，具有不同特异性的纤维素酶可以在其他应用中使用。例如，纤维素酶从链霉菌SP。显示了代谢灵活性，用于生物力学泵送，而纤维素酶从S. albidoflavus在搅拌过程中显示最大的活性，用于生物镜头。
结论和前景
总而言之，可以可靠地使用海洋放线菌，以获得高度稳定的纤维素酶来从纤维素中产生葡萄糖。通过与不同底物（例如MOF）交联的纤维素酶固定纤维素酶可能会导致葡萄糖的成本效益产生，可用于廉价地制备大量的生物燃料。
然而，没有广泛探索海洋放线菌来产生水解酶进行水解，因为大多数关于海洋放线杆菌的研究主要集中在陆地区域上。此外，还没有彻底研究肌细菌在实现工业规模生产酶生产中的应用。必须解决这些问题，以充分意识到在生物燃料生产过程中从海洋肌动细菌获得的纤维素酶的潜力。
来源
Selvarajan，E.，Govarthan，M.，Samuel，M.S。等。对生物燃料应用的纤维素酶的战略研究的全面综述。环境研究2022。https://doi.org/10.1016/j.envres.2022.114018。
免责声明：此处表达的观点是以其私人身份表达的作者的观点，不一定代表AZOM.com的观点有限的T/A Azonetwork本网站的所有者和运营商。此免责声明构成了条款和条件使用此网站。