工业酶与绿色生物工艺的核心技术进展

绿色生物工艺是国家战略性新兴产业,具备高效、安全、节能、环保等特点,市场前景广阔。工业酶是绿色生物工艺的“芯片”,新型高效工业酶的开发与应用相关技术是绿色生物工艺的核心。文章综述了工业酶制剂产业现状、以中国科学院天津工业生物技术研究所为代表的研发机构在工业酶及绿色生物工艺开发应用方面产生的一系列关键技术突破与研发进展,展示了通过酶与生物技术的进步提升传统加工产业发展的典型案例,随着这些核心技术的发展将推动越来越多的传统制造业走向绿色可持续发展路线。     

裂解性多糖单加氧酶HcLPMO与纤维素酶协同降解纤维素

【目的】为研究HcLPMO的活性测定方法及其与纤维素酶的协同降解特性。【方法】利用大肠杆菌表达系统进行HcLPMO异源表达,研究以AmplexTM Ultra Red为荧光底物的LPMOs活性检测条件;研究HcLPMO与纤维素酶最优配比协同降解微晶纤维素及其他多种生物质底物的能力。【结果】表达条件确定最适装液量为20%,最适诱导温度为20°C。活性测定研究结果表明HcLPMO需先与铜离子结合才具有活性,电子供体抗坏血酸钠(ASC)最适浓度为10–4 mol/L,并发现AmplexTM Ultra Red浓度以及辣根过氧化物酶浓度对酶活的检测影响较小。HcLPMO与纤维素酶协同降解微晶纤维素研究确定HcLPMO与纤维素酶最优配比为2:3,葡萄糖产量相较纤维素酶单独作用提高了99.48%。此外,针对多种生物质底物,发现该酶与纤维素酶的复配体系对汽爆玉米秸秆和微晶纤维素的协同降解效果较好,相较于单独用纤维素水解酶,葡萄糖产量分别提高了63.81%和59.43%,而对碱处理玉米芯和木薯渣降解效果次之,葡萄糖产量仅分别提高35.41%和11.06%。【结论】HcLPMO与纤维素酶复配能够有效提高酶法降解纤维素效率;而底物前处理如蒸汽爆破或碱处理对于HcLPMO与纤维素酶协同降解木质纤维素影响较大。     

高通量筛选系统在定向改造中的新进展

酶和细胞工厂是工业生物技术的核心,在医药、化工、食品、农业、能源等诸多领域发挥重要作用。一般天然酶和细胞均需通过分子改造提高其催化效率、稳定性及立体选择性等。定向改造为快速改善酶和细胞工厂的性能提供了可能性,其中灵敏可靠的高通量筛选方法是决定酶和细胞工厂成功高效定向改造的关键。文中阐述并分析讨论了各种筛选方法的优缺点、适用范围以及信号产生策略,并总结了近3年超高通量筛选技术在酶和细胞工厂定向改造中的最新研究进展。在此基础上,讨论了高通量筛选系统目前面临的限制性因素,并对高通量筛选方法未来的发展趋势作出了展望。希望生物技术和仪器开发等各领域的研究者能够紧密合作,实现协同发展,进一步提升高通量筛选技术的可靠性和适用性。