생물질 강해균 열섬유소균의 당 섭취 메커니즘

열섬유소균은 목질섬유소류 생물질을 효율적으로 분해하는 기열 염산소 세균으로 농림 폐기물 생물질의 전환 이용에 응용 가치가 있다.최근 중국과학원 칭다오생물에너지와 과정연구소 대사물팀학연구팀 최구팀 연구원은 체내와 체외실험을 결합하여 열섬유소균 중 섬유과당과 포도당 섭취를 담당하는 트랜스포머와 그 구조분자 메커니즘을 밝혔다.

열섬유소균은 일종의 다효소 복합체인 섬유소체를 분비하여 목질섬유소 중의 다당수를 섬유과당을 위주로 하는 가용성당으로 분해하여 포내에 섭취하여 세포에 탄소원과 에너지를 제공한다.

2009년에 이스라엘 연구자들은 열섬유소균 유전자 그룹에서 5개의 트랜스퍼 단백질 유전자 족자를 발견하여 섬유 과당, 포도당과 곤포이당의 트랜스퍼를 책임질 것으로 추정했지만 명확한 기능 검증 실험이 부족했다.열섬유소균의 유전 조작이 비교적 어렵기 때문에 후속 10여 년 동안 국제적으로 일부 조직학적 분석과 이런 운반 단백질을 제외하고는 열섬유소균의 당류 섭취 메커니즘을 명확하게 밝히지 못했다.

청도에너지소 대사물팀학 연구팀은 오랫동안 열섬유소균에 대해 연구를 전개하여 열섬유소균의 유전 조작 병목을 돌파하고 열섬유소균에 사용할 수 있는 다양한 유전 조작 도구를 개발했다. 이는 신속한 유전자 표적 시스템과 정확한 유전자 그룹의 흉터 없는 편집 시스템을 포함하여 열섬유소균의 생리와 대사를 깊이 있게 연구하는 분자 메커니즘에 효과적인 수단을 제공한다.이를 바탕으로 연구진은 열섬유소균의 당류 섭취 메커니즘을 깊이 연구했다.

이 연구는 과당 트랜스퍼 단백질 유전자 족자 5개를 제거하고 돌연변이 주를 보충할 수 있도록 했다.생장 표형 실험에 따르면 트랜스퍼 단백질 B는 유일한 섬유질 과당 트랜스퍼 단백질이고, 트랜스퍼 단백질 A는 유일한 포도당 트랜스퍼 단백질이다.

연구는 등온적정량열(ITC), 핵자기공진(NMR)적정기술과 X-선 결정연사기술을 한층 더 사용하여 트랜스퍼 단백질의 바탕물 결합 아키와 각종 당류의 상호작용을 측정하고 구조적으로 트랜스퍼 단백질 A와 B의 특이성이 포도당과 섬유과당을 결합시키는 메커니즘을 설명한다.이 밖에 연구에서 고립된 유전자 2554는 트랜스퍼 단백질 B 유전자 족자에 부족한 ATP 효소 아키 유전자로 이 유일한 섬유질 과당 트랜스퍼 단백질의 모든 성분을 보완했다.

전기 연구에 의하면 열섬유소균 섬유소체의 표현은 주로 특수한Sigma/Anti-sigma인자의 조절을 받는다.이 연구에 따르면 트랜스퍼 단백질 B의 제거는 세포 표면의 섬유소체 돌출의 현저한 감소를 초래하고 섬유소당이 섬유소체 표현에 대한 유도 작용이 사라지는 것은 트랜스퍼 단백질 B와 섬유소체의 표현 조절 사이에 우연한 관계가 있음을 나타낸다. 이것은 섬유소체의 표현 조절 메커니즘 연구에 새로운 방향을 제공했다.

당류 트랜스퍼 단백질은 공업 미생물이 대사 공정을 개조하고 합성 생물학 개발을 하는 중요한 표적점으로 공업 미생물의 당류 섭취 메커니즘이 중대한 잠재적 응용 가치를 가지고 있음을 보여준다.열섬유소균은 독특한 섬유소체 체계를 가지고 있기 때문에 목질섬유소 생물전환에서 잠재적인 응용 가치를 가진다. 또한 특수한 기열 디스크 세포로서 합성생물학 개발에서도 응용 잠재력을 가진다.이 연구는 열섬유소균의 과당과 포도당 섭취 메커니즘을 밝히고 과당 섭취와 섬유소체의 표현 조절의 우연한 관계를 발견하여 열섬유소균의 생리와 대사 메커니즘에 대한 인식을 깊이 있게 했다.

관련 성과는 미생물학 분야 간행물 mBio에 발표되었다.연구는 이스라엘 비츠만과학연구소, Technion기술연구소와 중과원 천진공업생물기술연구소, 국가자연과학기금위, 산동에너지연구원, 중과원, 청도시 등 프로젝트의 지원을 받았다.

청도 에너지가 제시한 생물질 강해균 열섬유소균의 당 섭취 메커니즘