纤维素生物质是国际公认的一种零碳可再生资源，其绿色高值化开发是实现可持续发展的关键路径之一。追溯到约4.5亿年前的志留纪时期，最早的陆生植物开始在陆地上扎根，它们必须适应陆地环境，包括防止水分流失和抵御微生物的降解。纤维素，作为植物细胞壁的主要组成成分，在植物登陆地球之前就已经存在。想象一下，如果我们能够像变魔术一样，将植物中的纤维素——也就是植物的“骨架”——转化为有用的能源和材料，那将是多么神奇的事情呀！山东大学微生物技术国家重点实验室的方诩教授团队，就在这项“魔法”上取得了重大进展。

 

真菌纤维素酶水解纤维素模式图

 

最近，方诩教授和他的团队在两个国际知名期刊《工业作物及产品》和《国际生物大分子杂志》上发表了他们的研究成果。他们发现了一种新方法，可以更高效地利用纤维素酶降解纤维素。

 

纤维素酶是一类能够降解纤维素生物质的酶，主要由纤维素外切酶、纤维素内切酶和β-葡萄糖苷酶组成。它们是大自然的“分解者”，能够将纤维素分解成更小的糖分子。这些糖分子可以被用来制造生物燃料，或者变成我们日常生活中使用的各种生物材料。方诩教授团队的研究，就是为了让这些分解者工作得更加高效。

 

让纤维素外切酶更“灵活”

 

他们首先研究了一种名为TrCel7A的纤维素外切酶。纤维素外切酶能够水解纤维素生成纤维二糖，是纤维素降解的“主力酶”。通过调整这种酶的关键部分，使其变得更加“灵活”，显著提高其分解纤维素的能力。这就像是给一把钥匙加上了一点“润滑剂”，让它能更顺畅地打开锁。

 

β-葡萄糖苷酶耐热能力的飞跃

 

接着，他们又对另一种名为β-葡萄糖苷酶的酶进行了改造。这种酶负责将纤维二糖分解成葡萄糖，是纤维素降解过程中的关键角色。通过计算机辅助设计，团队成功地提高了这种酶的热稳定性，这意味着它在更高的温度下也能保持活性，这对于工业应用来说非常重要。

 

这些发现不仅对科学研究有重要意义，也为实际应用铺平了道路。

 

方诩教授团队的这些研究成果，得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、青岛市博士后应用研究项目等项目的资助。