类淀粉利用体系（SUS-like）在哈氏噬纤维菌独特纤维素降解机制中的作用研究

The cellulolytic bacteria Cytophaga ssp.hasa strong ability to completely eat out crystalline cellulose with a potentially unique strategy. However, the precise mechanism involved still remains elusive. Based on the previous results an analogous Starch-Utilizing-System (SUS-like) employed by Bacteroides thetaiotaomicronto utilize the starch has been proposed to participate in the hydrolysis of cellulose in Cytophaga ssp.The present project thus intends tofully characterize the SUS-like system involved in cellulose degradation in Cytophaga hutchinsonii, in which the whole genome sequencing has been completed in 2007. The project will focus on the sus-like gene cluster (chu_1276~chu_1280) identified in our previous research to elucidate the structure and function of SUS-like protein components, the interactions between different SUS-like protein components, the relationship between SUS-like proteins and relative cellulase components, and the effect of the SUS-like system may inflict on the responsive netwrok of C. hutchinsonii to carbon sources. The above results are anticipated to help elucidating the role of coupled cellulooligosaccharide transport in assimilating cellulose by C. hutchinsonii. The results will also provide the theoretical basis for the establishment and development of new strategies for the efficient conversion of cellulose by the cell-bound noncomplexed enzymatic hydrolytic mechanism which will enrich and develop the theoretical system of microbial degradation of cellulose.

哈氏噬纤维菌（Cytophaga hutchinsonii）具有极强的结晶纤维素降解能力，但其降解纤维素的机理尚未得到阐明。前期的研究结果表明，哈氏噬纤维菌可能采取类似多形拟杆菌的淀粉利用体系（SUS-like）模式介导纤维素的降解。本项研究拟对哈氏噬纤维菌中SUS-like体系的结构组成及其在纤维素降解过程中的作用进行深入研究。主要围绕类我们在研究中发现的sus-like基因簇（chu_1276~chu_1280）所编码的类SUS蛋白组分的结构与功能、不同类SUS蛋白组分间的相互作用、类SUS蛋白与特定纤维素酶之间的相互作用以及类SUS体系对细胞碳响应网络的影响等开展深入研究，力求解析纤维寡糖偶联运输过程在哈氏噬纤维菌降解纤维素过程中的作用机制，为建立和发展纤维素转化利用的新策略提供理论基础，丰富和发展纤维素降解的理论体系。

生物信息分析表明，哈氏噬纤维菌（Cytophaga hutchinsonii）可能采取类似多形拟杆菌的淀粉利用体系（SUS）的降解策略实现其对结晶纤维素的高效降解利用。通过基因失活或突变分析，表明哈氏噬纤维菌中一基因簇座位（chu_1276-1280）除纤维素酶编码基因chu_1280外，四个非酶蛋白编码基因中的任一缺失都导致菌体丧失纤维素降解的功能，证明该基因簇是该菌降解纤维素的重要控制位点。研究表明，CHU_1276-1280各组分定位于细胞外膜，四个非酶蛋白组分对于结晶纤维素具有特异的结合作用但不具降解作用，不影响菌体细胞对葡萄糖的吸收与转运，赋予菌体在低浓度葡萄糖和以纤维二糖为碳源时维持菌体正常生长的能力。转录分析表明，该基因簇的各基因都受纤维素的同步诱导，协同表达，上游基因的表达对下游基因具有极性效应，推测菌体将四种蛋白按同比例组装成一蛋白复合体，从而发挥对纤维素的降解功能。cbh-1276、1277和1279基因的突变不影响菌体的内切纤维素酶，不引起β-葡萄糖苷酶活性的显著降低，表明CHU_1276-1279蛋白的准确表达和准确地安装组合才有助于细胞外膜纤维素酶活性的显示，且使系统中内切纤维素酶表现出外切纤维素酶的活性。以对下游基因转录表达具有极性效应的基因chu_1276突变株的转录组分析表明，该基因簇所编码的蛋白对整个细胞的碳源代谢具有全局性调控作用，应是菌体生长的重要的调节部位。研究中同时证明基因组中注释的该基因簇可能的双组分调控系统感应蛋白和调节蛋白不参与该基因簇的转录调控，基因组中注释的SUS-C-like和SUS-D-like蛋白对菌体降解利用纤维素不是必须的，对该基因簇也无调控作用。研究分析表明chu_2981基因编码的位于细胞周质空间的小分子蛋白Spp1可能参与了该哈氏噬纤维菌SUS-like蛋白复合体（CHU_1276-1280）的组装。