《厭氧消化環境中多纖維素酶體的功能調控》是依託同濟大學，由何品晶擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：厭氧消化環境中多纖維素酶體的功能調控
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：何品晶
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
木質纖維素類廢物的低水解水平是限制其厭氧資源化利用的主要障礙。本項目擬聚焦於厭氧消化環境的水解特徵性超分子蛋白複合體- - 胞外多纖維素酶體的環境功能表達，發展環境樣品的多纖維素酶體體系宏蛋白質組學分析方法；確定特定厭氧環境下，多纖維素酶體的表達譜、表達程度、吸附和水解催化功能，通過與水解功能微生物的識別、定量和空間分布的相互印證，探討厭氧環境因素與水解功能微生物活力、多纖維素酶體表達與功能、水解效率之間的相互關係；據此，探索以多纖維素酶體環境功能表達為特徵的厭氧水解調控方法與厭氧水解效率間的影響機制，從而為調控木質纖維素類廢物的厭氧水解效率提供更直接的酶學依據。
結題摘要
木質纖維素類廢物的低水解水平，是限制其厭氧資源化利用的主要障礙。由於不明確其厭氧水解過程起作用的功能體，以及缺乏合適的研究手段，致使木質纖維素在厭氧消化反應器中的水解動力學一直難以通過微生物量、微生物種類或表觀酶活力相關聯，從而阻礙了木質纖維素類廢物厭氧水解過程的最佳化及其技術發展。本項目聚焦於厭氧生態環境中的水解特徵性超分子蛋白複合體——胞外多纖維素酶體的環境功能表達，發展了環境樣品的多纖維素酶體體系宏蛋白質組學分析方法；確定了特定厭氧環境下多纖維素酶體的表達譜和水解功能，通過與水解功能微生物的識別、定量和空間分布的相互印證，探討了厭氧環境因素與水解功能微生物活力、多纖維素酶體表達與功能和水解效率之間的互動關係；據此，探索基於多纖維素酶體環境功能表達的厭氧水解調控方法與厭氧水解效率間的影響機制，從而為發展木質纖維素類廢物的厭氧水解調控技術提供理論依據。本項目研究解決了如下關鍵問題，包括：對富含腐殖質和雜質的廢物介質樣品的蛋白質提取純化；採用資料庫比對結合從頭測序的鑑定方法，對尚未進行宏基因組測序的未知環境樣品進行宏蛋白質組鑑別；通過環境樣品蛋白質資料庫去冗餘方法，進行蛋白質的環境微生物源指認。藉助於公共蛋白質資料庫，首次從纖維素廢物厭氧反應器中鑑定出多達514種的無冗餘無污染代謝功能，而國際上在之前的研究僅能獲得數十種代謝功能，從而拓展了宏蛋白質組學在環境微生態領域的套用。基於上述發展的宏蛋白質組研究方法，研究鑑定出已有35種非冗餘蛋白被鑑定出與多糖的水解利用有關，一共分布於20個蛋白功能簇中，這些功能簇均指向梭菌綱中的數類微生物。通過分析厭氧反應器中各類微生物之間的功能分布和代謝聯繫，確定了這些微生物在反應器中的特定功能作用。例如，結晶型纖維素降解的多纖維素酶體起到了高效降解纖維素的作用，結晶型纖維素降解菌和半纖維素降解菌之間存在代謝互補，解蛋白細菌在纖維素原料厭氧反應器的獨特“清道夫”功能作用，分析認為解蛋白細菌會降解其它細菌分泌的多纖維素酶體蛋白，導致纖維素原料水解效率的降低。因此，為了提高木質纖維素的厭氧水解效率，應儘可能抑制此類解蛋白細菌的活動。基於上述研究發現，還進一步拓展了多纖維素酶體、纖維素降解菌、解蛋白細菌等在廢物生物處理中的套用。
