[发明专利]解纤维热酸菌木聚糖酶

说明书

相关申请的交叉引用

本发明要求2008年12月22日递交的申请号为61/203,528的美国临时申请的优先权，它的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及木聚糖酶及其表达和使用方法。具体地，本发明涉及嗜热木聚糖酶(Xyl-1)及来自解纤维热酸菌(Acidothermus cellulolyticus)中的同系物，以及这些酶在水解木质纤维素中的用途。

技术背景

木质纤维素是一种由纤维素，半纤维素和木质素组成的植物生物量。木质纤维素作为可发酵生物量的丰富廉价原料存在。然而，木质纤维素在利用上的一个障碍是其内部纤维素和半纤维素与木质素的紧密交联。分解木质纤维素(比如从木质素中分离纤维素和半纤维素)需要大量能量，因此常常是无效率的。对木质纤维素生物量的有效利用将会增强生物转化过程的经济竞争力，使之可与石油化工过程相抗衡。已经证明木聚糖酶可用于有效分解木质纤维素。

木聚糖酶在生物技术和工业应用的众多领域都有重要作用，其包括在纸浆和造纸工业中预漂牛皮纸浆，纺织工业中复原纤维素纤维，增强动物饲料和青贮饲料的消化性，净化果汁和啤酒，分离谷物麸质和淀粉，烘焙工业中的各种应用，以及用于药理应用和食品添加剂的低聚木糖产物(1、2、9、14和21)。此外，近期对从木质纤维素植物生物量中生产生物燃料的研究，使木聚糖酶成为新的关注焦点(5)。Collins等人(4)近来对来自六种不同家族的木聚糖酶的物理化学性和功能性特征，作用机制和工业应用进行了重新考察。

木聚糖酶产物普遍从里氏木霉(Trichoderma reesei)和哈茨木霉(Trichoderma harzianum)菌株E58中获得，这两种菌株都来自加拿大福林泰克公司的菌种保藏。尽管两种真菌都是胞外木聚糖酶的丰富的产物，但是真菌生长和酶的产生只能在嗜温温度下(比如28℃)进行。因此，真菌生长中发酵需要大量冷却水，并且其易于受到细菌污染。在产生木聚糖酶时也会有热不稳定情况，在50℃下培养半小时，酶活性将丧失90％以上。因此，使用这些酶对木质纤维素进行酶解必须在大概37至45℃的低温度条件下进行。这样做反过来又降低水解效率，使水解过程中无菌条件成为必要，并阻碍酶在无取代物情况下延长使用。但是，可以通过使用嗜热木聚糖酶来获得高效率水解。

从近期研究可知，从真菌和细菌微生物中已经鉴定出了几种嗜热木聚糖酶(图1)。比如，专利号为5,935,836的美国专利公开了从柔曲马杜拉放线菌中分离出的一种最适pH值为6.0至7.0，最适温度范围为70至80℃的嗜热木聚糖酶。另外，专利号为5,395,765的美国专利公开了从红嗜热盐菌属(Rhodothermus)中分离的一种在pH值5至8下具有活性，在85℃至100℃温度范围内具有热稳定性的木聚糖酶。然而，有较高酸性pH值范围的木聚糖酶是发酵过程中利用半纤维素生物量的理想选择。

在Mohagheghi等人的文章中描述(12)了嗜热纤维素分解菌解纤维热酸菌，并且在Shiang等人的文章中描述(19)了纤维素酶产物。但是，两篇文献都未描述在低pH和高温条件下可发挥作用的纯化的木聚糖酶。专利号为5,902,581的美国专利公开了一种来自解纤维热酸菌的在pH值3.6至4.2的条件下具有活性，在70℃至80℃的温度范围内具有热稳定性的木聚糖酶。但是，这种解纤维热酸菌在温度高于80℃或pH值在4.5至6.0的条件下不具有最佳活性。

发明内容

本发明在此公开一种重组内切-β-1，4-木聚糖酶，该木聚糖酶的氨基酸序列与SEQ ID NO：1具有至少80％、至少85％、至少87％、至少89％、至少90％、至少91％或至少93％的序列同源性。更优选的，该重组内切-β-1，4-木聚糖酶的氨基酸序列与SEQ ID NO：1具有至少95％、至少97％、或至少99％的序列同源性。在一特别优选实施例中，该重组内切-β-1，4-木聚糖酶的氨基酸序列是SEQ ID NO：1。