探秘真菌松弛素：解析其对纤维素底物微纤丝排列的影响及机制

为探究真菌松弛素对纤维素底物的作用，研究人员用 SANS 技术研究，发现其可破坏纤维素网络。

　　在生物能源和生物质利用的领域中，纤维素作为地球上最丰富的生物质资源之一，如何高效地将其转化为有用的生物产品一直是科研人员努力攻克的难题。微生物膨胀素相关蛋白中的真菌松弛素（loosenin），被发现能破坏纤维素网络，增强纤维素底物的酶促转化，这一发现为纤维素的利用带来了新的曙光。然而，在本研究之前，尽管真菌松弛素对纤维素加工展现出了有益的影响，但对于松弛素处理后纤维素材料的详细特征却缺乏深入研究。就好比我们知道一把钥匙能打开一扇门，但却不清楚这把钥匙是如何运作，以及打开门后里面的具体情况。为了深入了解真菌松弛素的作用机制，来自多个研究机构的科研人员展开了深入研究，相关成果发表在《Biotechnology for Biofuels and Bioproducts》上。

在这项研究中，科研人员主要运用了小角中子散射（SANS）技术、核磁共振（NMR）技术以及尺寸排阻色谱 - 小角 X 射线散射（SEC - SAXS）技术 。研究人员选用了源自 Phanerochaete carnosa 的三种重组松弛素 PcaLOOL7、PcaLOOL9 和 PcaLOOL12，并以桉木和云杉木样品制备的全纤维素为研究对象。

研究结果

1. PcaLOOLs 的结构特征：通过 NMR 技术对 PcaLOOL12 进行结构表征，发现其具有双 ψβ - 桶（DPBB）结构域，周围环绕着三个 α - 螺旋。PcaLOOL12 在溶液中主要以单体形式存在，并且具有较高的热稳定性。利用 SEC - SAXS 技术对三种 PcaLOOL 蛋白进行分析，结果表明它们在溶液中的存在形式和构象各异。PcaLOOL12 除了单体形式外，还存在二聚体；PcaLOOL7 和 PcaLOOL9 也有各自不同的聚合状态和构象特征12。
2. 天然木材样品和全纤维素的特征：在对天然木材样品和全纤维素进行 PcaLOOL 处理之前，科研人员对其进行了详细的表征。通过化学分析发现，次氯酸钠脱木质素处理有效降低了桉木和云杉木样品中的木质素含量，同时未显著改变纤维素和半纤维素的含量。SANS 分析显示，脱木质素处理导致全纤维素中纤维素微纤丝的排列有序性降低，微纤丝间距增加，且云杉木全纤维素的变化更为显著34。
3. PcaLOOLs 对天然木材和全纤维素样品的影响：SANS 分析结果表明，PcaLOOLs 对桉木和云杉木全纤维素的微纤丝间距和堆积参数产生了底物依赖性的影响。PcaLOOL12 使云杉木全纤维素的微纤丝间距显著增加，而对桉木全纤维素的微纤丝间距影响不明显，但降低了其堆积参数。这表明 PcaLOOLs 主要影响纤维素微纤丝的规则排列，而对微纤丝的横截面半径、微米级大结构或基质共聚物组织影响较小56。

研究结论与意义

综合上述研究结果，SANS 分析证实了 PcaLOOLs 能够破坏纤维素纤维网络，并且其作用呈现出从降低微纤丝排列的规则性到增加微纤丝间距的趋势。其中，PcaLOOL12 的影响最为显著，这与之前观察到其在 P. carnosa 中表达量最高相呼应，暗示其在生物学功能上的重要性。PcaLOOLs 的结构表征表明它们可能以单体形式发挥作用，尤其是 PcaLOOL12 的 NMR 结构解析，为膨胀素相关蛋白的结构研究提供了重要补充。这些研究成果不仅加深了我们对真菌松弛素作用机制的理解，也为其在生物质加工领域的应用提供了理论基础，有助于推动生物能源和生物产品领域的发展，让我们朝着更高效利用纤维素资源的目标又迈进了一步。