地衣芽孢杆菌CP-16高效降解羽毛角蛋白分子机制研究

There has been a shortage of protein feed resources in China, and our country been urgent in need of technology innovative to utilization of unconventional protein resources such as feathers, in order to ease the contradiction between supply and demand of protein feed. For insufficient understanding in mechanisms and key enzymes of keratin degradation by microorganism, feathers bioprocess does not get a breakthrough. In the present project, the disulfide reductase, CDO, proteolytic enzyme (keratinase and other protease), deaminase and lipid hydrolase of Bacillus licheniformis CP-16 will be purified and its properties, synergistic effects, expression patterns, and sulphite efflux of Bacillus licheniformis will be studied, to explore some biochemical reactions, consisting of cleaving the disulfide bond, hydrolysis of peptide bond efficiently, environmental pH regulation and hydrolysis of lipid from feather, with the research of expression of different enzymes. It would give an overall acknowledgement of the synergetic mechanism of diverse biological reactions to degrading natural feather keratin from molecular and metabolism level. Therefore,it will be of great importance to realize efficient degradation of feather keratin by Bacillus licheniformis CP-16 and improve the utilization of keratin, and provide theoretical guidance about the mechanism of keratin degradation.

我国蛋白质饲料资源的短缺严重，急需技术创新型充分开发利用羽毛等非常规蛋白质资源，以缓解供需矛盾。因对微生物降解角蛋白的关键酶与机制认识不足，利用微生物及其酶处理羽毛一直未获的突破性进展。本研究拟以羽毛角蛋白高效降解菌地衣芽孢杆菌CP-16为研究对象，通过对地衣芽孢杆菌CP-16蛋白水解酶（角蛋白酶和其它蛋白酶）和脂类水解酶等多种酶的分离纯化与特性研究，以及各酶间协同效应等方面的研究，探索地衣芽孢杆菌CP-16肽键高效水解和羽毛脂类水解等生物反应机制，从分子水平全面认识和了解地衣芽孢杆菌CP-16多种生物反应协同并存的高效降解天然羽毛角蛋白的生物机制，为完善微生物降解羽毛角蛋白理论机制奠定基础，也为发展高效酶解生物处理天然角蛋白技术手段提供理论指导。

我国蛋白质饲料资源严重短缺，急需技术创新充分开发利用羽毛等非常规蛋白质资源，以缓解供需矛盾。因对微生物降解角蛋白的关键酶与机制认识不足，利用微生物及其酶处理羽毛一直未获得突破性进展。角蛋白肽链间存在大量二硫键、疏水基团和氢键，结构稳定、不易被破坏。降解角蛋白的关键是破坏表面的蜡酯层，打开二硫键，破坏其空间结构。本项目通过采用蛋白质分离纯化和基因重组表达技术相结合的方法，获取高纯度羽毛角蛋白高效降解菌地衣芽孢杆菌CP-16胞外参与角蛋白降解的关键酶，并通过对几个关键酶酶学性质以及在水解羽毛角蛋白中的作用及其相互协同关系的研究，从分子水平探明了地衣芽孢杆菌CP-16降解角蛋白的关键酶，并揭示其高效降解羽毛角蛋白的主要机制。本项目研究获得了地衣芽孢杆菌CP-16胞外酶蛋白7种，角蛋白酶 P-K、γ-谷氨酰基转肽酶 P-G、碱性丝氨酸蛋白酶A、二硫键还原酶T、酯酶L-4、酯酶L-6和酯酶L-7。P-Trx可显著提高地衣芽孢杆菌 CP-16蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶水解羽毛角蛋白的速度，P-Trx 展示出较好饲用酶潜质。利用酯酶L-7和L-4前处理天然羽毛可使其更易被角蛋白酶水解。研究结果表明，角蛋白酶P-Ker、二硫键还原酶P-Trx和酯酶L-7是地衣芽孢杆菌CP-16高效降解角蛋白的关键酶，酯酶破坏表层蜡酯和二硫键还原酶打开二硫键可能是地衣芽孢杆菌CP-16高效降解羽毛角蛋白的主要机制。本项目研究结果有助于从分子水平上较全面了解地衣芽孢杆菌CP-16降解角蛋白的机制，并为新型饲用蛋白酶的开发提供了指导。