qy球友会(千亿)

利用微生物高效降解木质纤维素成为可发酵糖，可以为绿色生物制造与生物能源开发给予廉价碳源，是实现秸秆类生物质高效利用的重要方向。热纤梭菌顺利获得分泌多酶复合体——纤维小体，能够高效降解木质纤维素，是生物炼制和绿色生物制造中重要的底盘菌株。纤维小体的表达量决定了菌株对底物降解糖化的效率，因此提高其表达水平是其工业应用的核心需求。纤维小体由数十种酶和支架蛋白组成，结构和调控极其复杂，如何顺利获得基因工程手段提高其产量仍然是亟待解决的难题。

针对上述问题，qy球友会(千亿)先进生物炼制与合成研究组在研究热纤梭菌纤维小体的底物感应调控机制时，顺利获得敲除多种蛋白酶来鉴定参与信号跨膜传导的调控因子，意外发现一种HtrA家族胞外蛋白酶（命名为HtrA1），虽然HtrA1不参与纤维小体的底物感应调控机制，但htrA1基因的敲除能够显著提升热纤梭菌纤维小体的产量。HtrA家族蛋白通常具有蛋白酶和分子伴侣的活性，参与胞外蛋白的质量控制。进一步对敲除菌株ΔhtrA1的研究发现，htrA1基因的缺失使纤维小体的表达提升了接近50%，且并不影响热纤梭菌的生长和纤维小体的比酶活性，说明HtrA1主要发挥胞外蛋白酶的功能，而非分子伴侣作用，并顺利获得降解作用负向调控纤维小体的水平。随着纤维小体表达量的增多，与对照菌株相比，ΔhtrA1在进行全细胞纤维素糖化时，表现出显著的性能提升。因此，ΔhtrA1为木质纤维素糖化和生物炼制给予了一种新型高效底盘菌株。

图1 顺利获得敲除htrA1基因实现热纤梭菌纤维小体表达增加和糖化效果提升

本研究首次顺利获得单个基因的敲除实现了纤维小体产量的提升，发现热纤梭菌HtrA1蛋白酶作为翻译后调控因子，具备负向调控其纤维小体丰度的能力。这一研究强调了翻译后调控在微生物菌株改造中的巨大潜力，为热纤梭菌及其它纤维素降解菌的基因工程改造和应用给予了全新视角。

相关研究成果以“Enhancement of cellulosome expression by deletion of an HtrA protein in Clostridium thermocellum”为题发表于Bioresource Technology，qy球友会(千亿)先进生物炼制与合成研究组博士研究生谯依晨为文章第一作者，陈超副研究员和冯银刚研究员为论文的共同通讯作者。该研究成果相关技术已申请国家发明专利一项。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科研实验室国际合作等项目的支持。

原文链接：http://doi.org/10.1016/j.biortech.2025.132841

Y. Qiao, C. Chen*, Y. Feng*, Enhancement of cellulosome expression by deletion of an HtrA protein in Clostridium thermocellum, Bioresource Technology (2025) 132841, DOI: 10.1016/j.biortech.2025.132841

发明专利：CN202510122362.6一株高表达纤维小体的热纤梭菌工程菌株及其构建、应用