关键词：纤维素酶；降解模式；宏基因组
在地球上已经迎来了第45个世界环境日，今年世界环境日的中国主题是“改善环境质量，推动绿色发展”，旨在动员引导社会各界践行人与自然和谐共生的绿色发展理念，共同履行环保责任，共同呵护生态质量，共同建设美丽家园。
在纺织工业中的抛光、酶洗、精练中，纤维素酶由于优异的降解催化功能，可大大的节约能源及水资源。近年来，对纤维素酶的降解机制和宏基因组筛选，还有了许多新的研究。
一、纤维素酶
纤维素酶（英文：cellulase）是酶的一种，在分解纤维素时起生物催化作用，是可以将纤维素分解成寡糖或单糖的蛋白质。纤维素酶是一类能够水解纤维素的β-D-糖苷键生成葡萄糖的多组分酶的总称。传统上将其分为三类：内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶。
二、纤维素酶降解新机制
自然界中能够降解纤维素的微生物分布广泛，纤维素降解的方式也呈现很高的多样性。Cytoph- aga hutchinsonii属于拟杆菌门，具有很强的结晶纤维素降解能力，但是其降解机制既异于已经发现的游离纤维素酶降解体系，也不同于纤维小体的降解模式，推测其存在第三种细胞结合型纤维素降解模式。
1、纤维素
纤维素由结晶区和非结晶区相交错形成，其致密的晶体结构严重阻碍了化学试剂或者生物酶与纤维素表面的有效接触和作用，这也正是天然纤维素难于被水解的重要结构屏障。
自然界中的许多微生物具有纤维素降解能力，目前，大家较为熟知的是以瑞氏木霉为代表的某些好氧真菌通过胞外游离纤维素酶组分作用的降解模式，以及以热线梭菌为代表的某些厌氧细菌利用复合纤维小体（cellulosome）策略的降解模式。
2、已知的纤维素降解模式
不溶性的纤维素大分子底物，由于无法运输至胞内，大多数的好氧细菌和真菌通过分泌大量游离的胞外纤维素酶来实现纤维素的有效水解。这些纤维素酶和其他非酶因子之间协同作用，将纤维素分子降解成可溶性的葡萄糖、纤维二糖或纤维寡糖分子后运输到胞内进行利用。
3、新的纤维素降解模式
近年来，人们发现某些好氧噬纤维菌，同样具有很强的结晶纤维素降解能力。如Cytopha- ga hutchinsonii拟杆菌，该菌对纤维素的降解需要菌体与纤维素底物直接接触，但是该菌基因组中并无编码外切纤维素酶的基因，而且其内切纤维素酶缺少纤维素结合结构域，因此推测该菌可能具有不同于瑞氏木霉及热线梭菌的第三种纤维素降解模式。
或许是在降解天然植物底物的过程中，上述酶类穿过了半纤维素糖层，最后通过内切酶的作用将其降解，从而实现纤维素的高效降解。水解过程中剥离释放的纤维寡糖或葡萄糖分子可能需要借助细胞膜上的特定转运蛋白穿过外膜和质膜两道屏障到达胞质中；但是降解模式中的一些细节还有待进一步阐明，如这种模式如何实现纤维素链从结晶纤维素表面的有效剥离等。
二、宏基因组学
宏基因组学（metagenomics）又叫微生物环境基因组学、元基因组学。它通过直接从环境样品中提取全部微生物的DNA，构建宏基因组文库，利用基因组学的研究策略研究环境样品所包含的全部微生物的遗传组成及其群落功能。
它是在微生物基因组学的基础上发展起来的一种研究微生物多样性、开发新的生理活性物质（或获得新基因）的新理念和新方法。
1、宏基因组学获取纤维素酶
传统纤维素酶研究主要是从木质纤维素活跃降解的环境中分离能产生纤维素酶的微生物，然后再进行基因的克隆、表达和鉴定。宏基因组学避开了传统微生物分离培养过程，为纤维素酶的开发提供崭新的方法。
目前利用宏基因组学获取纤维素酶及其基因的方法主要有三种：
（1）将宏基因组DNA构建宏基因组文库，从文库中筛选纤维素酶。
（2）同源克隆，即依赖氨基酸或者核酸序列的保守性，设计纤维素酶简并引物获得基因片段，然后通过TAIL-PCR、反转PCR等方式获得全长基因。
（3）直接将基因组进行测序。
2、各种环境中纤维素酶构建文库
自1995年Healy首次采用宏基因组技术从沼气沉积物中获得GH5家族的新颖纤维素酶基因，此后宏基因组学被广泛应用于各种环境中纤维素酶的研究。Ohtoko等利用白蚁后肠共生微生物为样品构建cDNA文库，经PCR扩增获得丰富的GH45家族纤维素酶基因。
Edwards等根据真菌来源的GH7家族纤维素外切酶（CBH I）的保守区设计简并引物，以土壤总DNA为模板扩增GH7家族纤维素酶基因并进行分析；Xiong等设计了3对GH9家族纤维素酶引物，采用土壤的DNA为模板，经多重PCR获得127个同源基因；李劲亭等从荷斯坦奶牛瘤胃中获得大量核苷酸序列相似性在58.65%～100%之间的GH48家族的纤维素酶基因。
近年来，都有大量文献报道利用测序技术分析动物胃肠道微生物的宏基因组，如山羊、驯鹿、骆驼、猪、牛等。
上述研究证实了利用宏基因组学从动物胃肠道中获取新型纤维素酶的可行性，也表明动物胃肠道内蕴藏着大量潜在的纤维素分解酶基因资源，为新型纤维素分解酶类的研究开发提供了丰富资源。
为高效分析宏基因组测序产生的海量数据，生物信息学平台成为宏基因组学研究的重要手段，数据组装、基因预测、功能注释等相关的计算系统和软件平台不断开发，被大量用于环境样品微生物宏基因组的物种分类和功能组成研究。
总结
现在智能手机、网络通讯、机器人呈几何级的发展，而微生物和生命科学却似乎被人们忽视。其实微生物和各种的酶，不仅在纺织助剂领域，而且在农业和医学上，也发挥着巨大的作用。
我们应于各国研究者开展更深层更紧密的合作，建立一整套高效运行的机制，努力搭建一个更为高效的国际合作交流平台。让微生物和各种生物酶，为大自然、人类和生命发挥更积极作用，作出更大贡献！
