生物工程师创造新基质来研究木材分解酶

研究人员希望将天然丰富的木材资源转化为有用的材料，而其中的核心是一种在真菌中发现的分子机器，它可以将复杂的原料分解成基本成分。

神户大学的一名研究人员及其团队首次为这种真菌分子机器研制出了一种测试饲料，使他们能够观察到其接近自然的行为，为改进它并将其投入工业应用打开了大门。这两位生物工程师在《生化与生物物理研究通讯》杂志上发表了他们的研究成果。

生化工程师希望将丰富且可再生的木材转化为生物塑料、医学相关化学品、食品添加剂或燃料。然而，木材的复杂结构一直是这一目标的一大障碍。

神户大学生物工程师KohSangho解释说：“木材由不同的化学连接材料组成，例如木质素和半纤维素，首先需要将其分离才能作为源材料。”

换句话说，木材需要剥壳。真菌具有酶，即微型化学机器，能够完成这一任务，但为了改进和改造它们以用于工业用途，我们需要了解它们的工作原理，而研究人员还没有合适的饲料或“底物”来研究酶的功能。

“作为信州大学的研究生，我没能用常用的测试底物绘制出课本上常见的酶反应动力学图。我甚至联系了最先发现这种酶的研究人员，问我哪里做错了，但他回答说我没做错什么，我的结果是典型的表征这种酶的结果，”Koh回忆道。

受此启发，这位刚刚起步的生物工程师和他的团队创造了一种新材料，它保留了酶天然底物的关键结构特征，同时仍然足够简单，可以进行化学修饰和计算机模拟。

“我们之所以能够制造出合适的底物，关键在于我们之前已经发现了另一种酶，这种酶使我们能够制造出非常特殊的半纤维素片段，而这种片段无法通过其他方式产生。只有利用这些片段，我们才能化学合成合适的测试底物，”Koh在谈到为什么其他人都无法表征这种酶时说道。

作为第一支能够在近乎自然的环境中观察分离酶作用的团队，他们首次确定了酶的反应速度和亲和力，这是研究任何酶的生物工程师的必备参数。

Koh表示：“当我使用自己设计的底物时，出现了教科书般的反应动力学，我真的很开心。这样我们终于可以确定这种酶的‘真实’性质，并对其进行改进和工业应用。”

他们的计算机模拟显示了以前的尝试和他们的方法之间的区别：到目前为止，研究人员只关注底物内应该被切割的特定位置，因此他们使用的测试底物基本上只由连接结构组成。

然而，Koh新合成的底物保留了一条附着在反应位点的短半纤维素尾巴，事实证明，酶在发挥作用时正是与这条尾巴结合的。

现在研究人员已经掌握了这种酶的明确性能参数和反应机制，他们希望在不同的真菌中寻找更好的替代品，并尝试对分子进行化学修饰，看看这会对其性能产生怎样的影响。此外，研究人员认为，他们的测试底物也将在研究这种酶如何与其他酶协同作用以分离木材的不同成分方面发挥作用。

Koh总结道：“我们认为这是该工艺向工业应用迈出的重要一步，可以利用丰富的自然资源生产有用的化学品。”