由国家自然科学研究所 真菌和细菌纤维二糖水解酶的结构模型 寻找更快、更有效地分解纤维素——构成植物细胞壁的坚硬物质——的方法一直是工业研究人员的目标
当植物被加工成生物燃料或其他生物质应用时，纤维素必须首先被降解成更简单的糖分子，而这一步可能占到生物燃料生产的运营和资本成本的四分之一
如果这一过程能够变得更快、更高效，不仅能为行业节省资金，还能降低生产对环境的影响
纤维素分子之间的结合非常强，使得纤维素很难分解
一些真菌能够分解它，但是，他们的纤维素降解系统是众所周知的
真菌产生多种纤维素酶——加速降解纤维素的化学反应的酶
由于这个原因，这种真菌已经在工业中广泛使用
例如，第二次世界大战期间在太平洋发现的真菌里氏木霉，因其吞噬帐篷和衣物而被用于生产石洗牛仔裤
纤维二糖水解酶，一种真菌产生的纤维素酶，将纤维素分解成纤维二糖，一种更容易被生物体利用的简单糖
这在某些地方会略微降低牛仔布材料的质量，进而使其变得柔软——看起来像是用石头洗的——并使其穿着更加舒适
但有些细菌使用另一种类型的纤维素降解系统，在许多方面与这种真菌使用的相似
但是这个系统直到现在还没有被很好的理解
在8月18日发表在《生物化学杂志》上的一篇论文中，来自日本国家自然科学研究院(NINS)分子科学研究所的研究人员最终在单分子水平上详细描述了这个系统
由纤维单胞菌fimi产生的纤维二糖水解酶的类型与由T
氏木霉
酶的催化域是它与它想要改变或分解的分子相互作用的区域(为了引起酶促反应)
真菌和细菌的纤维素降解系统也表现出相似的水解活性(它们用水分解纤维素化学键的方式)
但是这两个系统具有不同的碳水化合物结合模块(酶中与纤维素中的碳水化合物结合的一系列蛋白质)和所谓的“接头”，实质上是酶中连接催化结构域和碳水化合物结合模块的部分
在早期的研究中，NINS的科学家已经确定真菌纤维二糖水解酶连接区的结构在酶与纤维素结合的速度(以及系统降解纤维素的速度)中起着至关重要的作用
“所以接下来显而易见的问题是:尽管细菌的纤维二糖水解酶的其他部分与真菌的不同，但它们是否有相似之处？”该团队的研究人员中村明彦和里野良田说
"它们也会加速纤维素降解吗？" 他们发现确实如此
科学家们使用单分子荧光成像——一种先进的显微镜方法，可以提供分辨率为几十纳米的活细胞图像——来观察细菌的纤维二糖水解酶与纤维素分子的结合和分离
这使得他们能够阐明纤维素降解系统不同部分的功能
他们发现碳水化合物结合模块对最初的结合确实很重要，但是接头区域所起的作用相当小
然而，他们发现催化域毕竟不太相似
与真菌相比，它的结构在系统中心的“隧道”的入口和出口处显示出更长的环
隧道结构的这种差异导致了更高的可加工性——一种酶引发多个连续反应的能力
接下来的步骤将是设计这些细菌纤维素降解酶来更快地分解纤维素
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