文章背景简介

植物木质纤维素生物质是可持续发展的重要原料，可以应用于生产动物饲料、生物能源等多种工业产品。其中农业残留物以及能源作物是最有希望的木质纤维素生物质来源之一。然而目前所面临的主要的挑战在于植物细胞壁与生俱来的刚性和紧凑结构对生物降解具有极大的阻碍，这是有效利用许多农业废物的一个主要障碍。每年都有大量没有被家畜消化的农业残留物只能被通过焚烧或销毁处理。而木聚糖酶作为一种水解酶，可以随机分裂复杂植物细胞壁多糖木聚糖，通过酶预处理破坏植物细胞壁，可释放木质素和半纤维素成分、促进消化降解过程。为了满足行业需求，理想的木聚糖酶应具有较高的比活性、良好的PH值和热稳定性。由于骆驼的饮食结构主要由木质灌木和树木生物群落、各种盐生植物和芳香植物物种组成，因此骆驼瘤胃微生物群落应具有降解这些富含木质纤维素和抗营养因子难降解物质的能力，从而被视为新型高效木聚糖酶的重要潜在来源。

2019年，伊朗农业生物技术研究所的Shohreh Ariaeenejad等人，在《Bioresource Technology》杂志（IF2017＝5．807；生物工程与应用微生物2区）发表了题为“Mining of camel rumen metagenome to identify novel alkali－thermostable xylanase capable of enhancing the recalcitrant lignocellulosic biomass conversion”的文章。

所用到的主要方法

1．五阶段计算筛选法：在寻找合适的侯选酶时，往往只通过生物方法是很难找寻到的。因此执行了五个互补计算阶段，来快速找寻侯选酶。主要步骤为阶段一：将从元基因组中提取的酶列表与我们选定包含实验验证的酶列表进行比对；阶段二：研究候选序列在已知序列中的系统发育为止，剔除远亲；阶段三对前一阶段剩余酶进行三级结构预测；阶段四：研究前一阶段剩余序列所选酶的三级结构；阶段五：使用Expasy PROSITE软件对剩余候选序列进行活性位点分析。除PROSITE软件外，主要涉及的软件有应用FASTQC对原始数据进行质量检验和验证。使用meta－velvet assembler从原始测序片段构建contigs，以及使用MetaGeneMark软件预测木聚糖酶基因。

2．PCR

3．SDS－PAGE

4．Bradford法测定蛋白浓度

5．DNS法测酶活

6．TLC薄层色谱法

7．AFM（原子力显微镜）分析：其原理为当原子间距离减小到一定程度以后，原子间的作用力将迅速上升；因此，由显微探针受力的大小就可以直接换算出样品表面的高度，从而获得样品表面形貌的信息。AFM可以在大气和液体环境下对各种材料和样品进行纳米区域的物理性质包括形貌进行探测，或者直接进行纳米操纵；现已广泛应用于半导体、纳米功能材料、生物、化工、食品、医药研究和科研院所各种纳米相关学科的研究实验等领域中，成为纳米科学研究的基本工具。在观测酶活生理过程中AFM是有力工具，同时还为酶活测定开辟了新思路，是传统酶活测定方法的有力补充。

文章主要内容摘要

农业生产和相关产业所产生的废弃物中含有丰富的木聚糖和木素。除了不利的环境后果外，也将造成宝贵资源的浪费。为了防止这些顽固不化的废弃物造成生态失衡，并将其回收再利用，探索高效降解酶是一项严峻的生态和经济需求。特别是能在极端温度和pH条件下发挥活性的木聚糖酶备受人们的关注，其中耐热耐碱性木聚糖酶将有助于降低冷却成本、提高反应速度、延长酶的半衰期、降低微生物污染和噬菌体感染的可能性，从而提高木质纤维素基质的溶解度和工业过程的催化效率，提高挥发性产品的回收率。这类木聚糖酶是回收大量木聚糖和残留的半纤维素废物的关键因素。与其他研究环境相比，骆驼瘤胃微生物环境的一个显著特征是瘤胃中纤维细菌种类相对丰富，它们的丰富可能与骆驼的高木质纤维素饮食有关。这些独特的特性使骆驼瘤胃成为开发这种新型酶的合适候选。而由于骆驼瘤胃微生物群中蕴含的酶资源十分丰富，仅通过常规实验方法就想要找到具有理想性质的酶无异于大海捞针。该研究通过计算筛选鉴定了一种碱性耐热木聚糖酶。除了基因预测和注释步骤外，考虑blast结果、系统发育位置、预测的三级结构、氨基酸组成，并对其活性位点进行分析，提出了一个五阶段的步骤。经鉴定、克隆纯化、生物物理实验，最终证实该酶具有较强的碱热稳定性，并成功地应用于木质纤维素生物质的生物漂白和糖化。

木聚糖双芽孢杆菌糖苷水解酶AxMan113A的结构解析