不靠酶也能降解木头的微生物

上海工业生物技术研发中心 2017/9/19 16:10:51
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二十年前,马萨诸塞大学阿默斯特分校的Barry Goodell教授及其同事发现了一种特殊的微生物降解木头体系,如今该体系的3种褐腐真菌已被鉴定,但是褐腐真菌是如何降解木头的依然不清楚。

最近的一项研究中,Barry Goodell教授领导的研究小组使用小角中子散射,原子力显微镜等技术解析了褐腐真菌降解木质物的机制。令人惊奇的是,褐腐真菌使用了一种新的,不同于传统酶分解方式的机制。

传统的木质素降解真菌,比如白腐真菌,是通过分泌各种降解酶类到胞外,作用于木头表面,将纤维素成分等降解为单糖供自身利用。而褐腐真菌使用的却是芬顿反应。所谓的芬顿反应,是一种无机化学反应,过程是过氧化氢(H2O2)与二价铁离子Fe的混合溶液将很多已知的有机化合物如羧酸、醇、酯类氧化为无机态。在降解难降解有机物方面,有着重要的用途。具体到褐腐真菌,该微生物可在次级代谢时产生一种螯合剂,富集环境中的二价铁离子,同时利用氧气产生过氧化氢,这样就满足了芬顿反应反生所需的化学物质,鉴于过氧化氢对宿主自身也有损害,褐腐真菌还能同它保持一定的物理距离,防止自身受到伤害。

褐腐真菌在全球广泛分布,也是北美主要的腐烂真菌物种。由于是最近进化的物种,从种类上它们要少于传统的白腐真菌。Goodell教授说:褐腐真菌有着很好的纤维素降解效率,它们已经成为优势种群,负责回收将近80%的软木生物质。

   实际上褐腐真菌并不是完全不依赖酶类,它们也分泌有限的少数酶类,只不过是在芬顿反应发生之后。这非常像如今的纤维素预处理工艺,对原料先进行一定的物理化学处理,然后利用复合酶类将其中的糖分释放出来供下游微生物利用。褐腐真菌就是利用芬顿反应作为自己的预处理方式,然后酶解,这也可能是它们比传统的白腐真菌降解效率高的原因。

    该机理的揭示拓宽了我们对自然界中微生物降解木质物的认识。


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