科学家找到蛀木水虱分解木头的酶

科技日报，2013-07-22

据物理学家组织网近日报道，英国约克大学、朴次茅斯大学以及美国国家可再生能源实验室的科学家使用先进的生物化学分析方法和X射线成像技术，找出了蛀木水虱体内能分解木头的酶并揭示了其结构和功能。研究人员在美国《国家科学院学报》上表示，这一研究将帮助他们在工业规模上再现这种酶的效能，以更好地将废纸、旧木材和稻草等废物变成液体生物燃料。

为了用木材和稻草等制造液体燃料，人们必须首先将组成其主体的多糖分解成单糖，再将单糖发酵。这一过程很困难，因此，用此方法制造生物燃料的成本非常高。为了找出更高效而廉价的方法，科学家们将目光投向了能分解木材的微生物，希望能研究出类似的工业过程。

蛀木水虱是海洋中的一种小型甲壳动物，会蛀蚀木船底部、浮木、码头木质建筑的水下部分等。研究人员在蛀木水虱体内找到了一种纤维素化合物（一种可以将纤维素变成葡萄糖的酶），其拥有很多非比寻常的特性。他们也借用最新成像技术，厘清了这种酶的工作原理。

该研究团队的领导者、约克大学新型农产品研究中心的西蒙·克拉克-麦森教授表示：“酶的功能由其三维形状所决定，但它们如此小以至于无法用高倍显微镜观察它。因此，我们制造出了这些酶的晶体，其内，数百万个副本朝同一方向排列。”

朴次茅斯大学的结构生物学家约翰·麦克吉汗博士表示：“随后，我们用英国钻石光源同步加速器朝这种酶的晶体发射一束密集的X射线，产生了一系列能被转化成3D模型的图像，得到的数据让我们可以看到酶中每个原子的位置。美国国家可再生能源实验室的科学家接着使用超级计算机模拟出了酶的活动，最终，所有结果向我们展示了纤维素链如何被消化成葡萄糖。”

研究结果将有助于科学家们设计出更强大的酶用于工业生产。尽管此前，科学家们已在木质降解真菌体内发现了同样的纤维素化合物，但这种酶对化学环境的耐受力更强且能在比海水咸7倍的环境下工作，这意味着其能在工业环境下持续工作更长时间。除了尽力从蛀木水虱中提取这种酶之外，研究人员也将其遗传图谱转移给了一种工业微生物，使其能大批量地制造这种酶，他们希望借此削减将木质材料变成生物燃料的成本。

英国生物技术与生物科学研究理事会（BBSRC）首席执行官道格拉斯·凯尔表示：“最新研究既可以让我们有效地利用这种酶将废物变成生物燃料，也能避免与人争地，真是一举两得。”（刘霞）