分析及提高放线菌纤维糊精转运蛋白的转运活性

Because the use of petroleum and other fossil fuels is non-sustainable and can cause environmental problems, it is vital to search for alternative energy, among which biofuel is cost-effective and easy to store. Cellodextrin transporters can play an important role in improving the biofuel productivity and therefore reducing its costs. However, research efforts focusing on the molecular levels of these transporters, especially primary active transporters, are severely lacking. This proposal aims to analyzing this group of transporters, and further improving their transport activities, so that achieving the goal to imporve biofuel productivity. Moreover, by introducting unique mutations into the transmembrane domains, if the mutants show uniport or antiport activities, it will be the first time to demonstrate that the transmembrane domains of primary active transporters can facilitate secondary transport with mutations, which will deepen the understanding of the mechanism and evolutionary history of these two important groups of transport proteins.

由于石油等传统能源存在不可持续性和环境污染等问题，寻找替代新能源是重大课题，其中生物燃料是最有效益且易于储存的一种。纤维糊精转运蛋白对提高生物燃料生产效能、降低成本具有重要作用。然而当前对这类蛋白，尤其是初级转运蛋白的分子水平的研究严重不足。本项目拟深入分析此类转运蛋白，并提高其转运速率，从而促进生物燃料生产效率的提高。此外将引入独特的突变，如能证实突变体具有单向或反向转运活性，将会首次证实初级转运蛋白的跨膜结构域突变之后能够进行次级转运。这将加深人们对这两类不同蛋白的运作机理乃至进化历史的理解。

在古法造纸的特定环境中，存在大量纤维素降解菌。本研究从宏基因组角度分析其菌群组成，解析其纤维素降解与纤维糊精转运过程相关的蛋白及代谢途径。与其他富含纤维素的样品比较，古法造纸样品的菌群组成是独特的，编码大量纤维糊精转运蛋白，且糖苷水解酶GH家族的多样性明显高于其他环境。我们发现，在不同的富含纤维素的环境中，尽管优势菌不同，但是都存在偷窃菌与合作菌的一种共生关系，保障了双方在富含纤维素环境中的最大量生长。这种自然规律在生物燃料的工业生产中有广泛的应用前景，可通过菌种互利共生的关系提高纤维素的降解效率。另一方面，已开展连续进化研究，改造转运蛋白的底物特异性并提高转运活性，这有助于以纤维素作为廉价碳源，应用于生物燃料生产。