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当前，纤维素废料堆积成全球难题，外切葡聚糖酶（Exoglucanase）虽在纤维素水解中作用关键，但生产成本高昂。研究人员以毕赤酵母（Pichia pastoris）为对象，对比高低成本培养基生产外切葡聚糖酶的效果。结果显示低成本培养基效果良好，这为大规模低成本生产该酶提供了可能。
在当今时代，环保与可持续发展成为全球关注的焦点。大量纤维素废料的堆积，犹如一座座难以攻克的 “绿色堡垒”，不仅占用大量土地资源，还对生态环境造成了潜在威胁。如何将这些废弃的纤维素转化为有价值的资源，成为科研人员亟待解决的问题。外切葡聚糖酶作为一种能够水解纤维素的关键酶，在生物燃料生产、纺织加工、食品加工等众多领域都有着不可或缺的作用。然而，其高昂的生产成本，却像一道难以跨越的 “鸿沟”，阻碍了大规模应用，限制了其在各行业发挥更大的价值。
为了突破这一困境，来自未知研究机构的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们聚焦于利用低成本培养基在毕赤酵母中生产重组外切葡聚糖酶，旨在探索出一条既能降低生产成本，又不影响酶活性和生产效率的新路径。这项研究成果发表在《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》上，为相关领域的发展带来了新的希望。
研究人员在此次研究中，主要运用了以下几种关键技术方法：首先，将编码外切葡聚糖酶的 TrCel6A 基因进行设计与密码子优化，合成后导入毕赤酵母 SMD1168H 基因组中；接着，采用分批补料策略进行发酵，为生产过程提供充足营养；最后，利用酶活性测定、高效液相色谱（HPLC）和扫描电子显微镜（SEM）分析等手段，对实验结果进行检测与评估 。
下面来看具体的研究结果：
- 不同培养基中外切葡聚糖酶的生产情况：研究对比了毕赤酵母在高成本和低成本培养基中生产外切葡聚糖酶的最佳生长状态和酶活性。结果发现，在高成本培养基中，细胞生长在 24 小时前存在滞后期，24 - 48 小时进入对数生长期，72 - 96 小时后进入稳定期。而在低成本培养基中，同样呈现出微生物生长的典型曲线特征。在摇瓶培养阶段，经过 48 小时培养，高成本培养基中外切葡聚糖酶活性为 11.9 U/mL，低成本培养基中为 10.37 U/mL。
- 放大生产效果：研究人员进一步在 5L 发酵罐中利用低成本培养基进行外切葡聚糖酶的放大生产。令人惊喜的是，相较于摇瓶培养，酶产量提高了近 5 倍。在 24 小时的培养后，外切葡聚糖酶活性达到了 54.29 U/mL。
- 酶解效果分析：通过 SEM 分析，观察到随着培养时间增加，微晶纤维素（avicel）的晶体结构被破坏，这直观地展示了酶降解纤维素的有效性。此外，利用对接分析研究酶与底物的相互作用，发现外切葡聚糖酶与微晶纤维素和纤维素底物的结合能分别为 -7.797 kcal/mol 和 -7.962 kcal/mol 。
综合以上研究结果，研究人员得出结论：利用低成本培养基在毕赤酵母中生产外切葡聚糖酶是可行的。低成本培养基不仅在摇瓶培养阶段展现出与高成本培养基相近的酶生产能力，在发酵罐放大生产中更是表现卓越，酶活性大幅提升。同时，该酶对纤维素具有良好的降解效果，其与底物的相互作用也得到了深入解析。
这项研究意义重大。从经济角度看，降低了外切葡聚糖酶的生产成本，为大规模工业化生产提供了经济可行的方案，有助于推动相关产业的发展；从环保角度讲，有助于实现纤维素废料的高效转化利用，减少环境污染，促进绿色能源的开发，为可持续发展提供了有力的技术支持。它为生物催化领域的研究开辟了新的方向，有望引领更多科研人员探索利用低成本原料进行高效生物生产的新途径，推动生物制造产业朝着绿色、可持续的方向大步迈进。
