项目名称：生物质多糖降解酶功能和催化机制研究

获奖者：李福利、吕明、苏航、马小清、张坤迪

项目摘要：

  可再生的生物质是制备生物基化学品的主要来源。将其中复杂的多糖大分子降解为功能性寡糖或微生物可发酵利用的单糖，是利用生物质多糖大分子实现生物转化的第一步，也是最大的技术屏障之一。真菌与细菌等环境微生物产生的糖苷水解酶（Glycoside hydrolases, GHs）和多糖裂解酶（Polysaccharide lyases，PLs）是生物质大分子多糖降解的关键要素。我国酶制剂市场需求巨大，但原创酶缺乏，产品与产能有限，亟待加强基础研究。

  本项目聚焦于嗜热微生物，解析其中酶的功能、催化机制以及热稳定性进化机理，认识微生物与生物质的协同进化互作关系，从而有效解决酶制剂的成本高、效率低的问题，近年来取得了系列重要研究成果。

  （1）针对生物质降解效率低的产业瓶颈，提出了基于细菌可持续内切纤维素酶的“Wire walking”模型（Biomacromolecules, 2018,19: 1686），避免了真菌来源酶的钝化现象；

  （2）发现连接纤维素酶催化模块和底物结合模块的linker区域的刚、柔性，决定了二者的相互作用，以及酶的最适温度（Appl Environ Microbiol, 2015, 81: 2006）；

  （3）通过热孢子萌发，从近海沉积物获得大量新颖微生物资源，解析多个热稳定海藻酸钠裂解酶，包括一个全新的PL39家族（Appl Environ Microbiol, 2016, 82: 868)。

  项目相关研究成果在Applied and Environmental Microbiology、Biomacromolecules、Biochemical Journal等国内外高水平学术期刊发表论文30余篇，在检索工具“PubMed”上搜索“嗜热糖苷水解酶、嗜热多糖裂解酶”的研究，该项目组的论文发表数量位列国内第一位。项目第一完成人受英国Caister Scientific Press 邀请，作为主编编写了“Thermophilic Microorganisms”一书（2015 年出版），并撰写了其中一章“Diversity of Thermophilic Microorganisms and Their Roles in Carbon Cycle”，同时参编专著二部。项目组与国际上知名的嗜热微生物研究组开展了合作，主持了国家自然科学基金委“中德科学基金研究交流中心”项目，与包括美国北卡罗莱纳大学Robert Kelly教授、以色列魏茨曼科学研究院Edward Bayer等教授联合发表文章。项目第二完成人获瑞典皇家科学院诺贝尔奖评委会的邀请，提名候选人角逐2021年度诺贝尔化学奖。

  项目开展以来，已争取到国家、省部级、企业横向等研究经费40项，获批资金1840万元，以通讯作者发表SCI论文32篇，申请发明专利11项，其中获得授权5项。先后获得国家973计划、国家自然科学基金、山东省自然科学杰出青年基金、山东省产业泰山领军人才工程等项目的资助，并与福建绿康生化股份有限公司、潍坊麦卡阿吉生物科技有限公司进行产业化合作，引起了国内外学术界和工业界的关注，为建立高效定制工业酶催化剂平台系统，对未来低碳经济和我省“蓝黄两区”建设起到技术引领与支撑作用。