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高效转化聚合物原料以实现可持续生物加工，需要用于酶组装和细胞表面锚定的稳健策略。自然界中，纤维小体通过支架蛋白介导的半纤维素/纤维素活性酶组织，借助特异性的 cohesin-dockerin 相互作用，实现对木质纤维素多糖的高效解构。因此，这些模块化结合对是合成生物学和工程化整细胞生物催化的理想工具，然而其性能主要在体外或酵母及革兰氏阳性菌中得到研究。决定其在微生物表面上功能的因素——尤其是在革兰氏阴性菌表面上的因素——仍未被充分理解。在本研究中，我们利用基于大肠杆菌 Ag43 的展示系统和带有 dockerin 标记的荧光报告蛋白，考察了两种来自 Acetivibrio thermocellus 和 Acetivibrio clariflavus 的嗜热 cohesin-dockerin 对在基因组精简菌株 Pseudomonas putida EM371 细胞表面展示时的结合效率与相互作用稳定性。我们表明，结合效率强烈受 cohesin-dockerin 复合物形成温度的影响。进一步地，我们证明，通过分子动力学模拟和自由能计算指导，在 dockerin 结构域中进行靶向氨基酸替换，可显著提升 A. clariflavus 配对的相互作用稳定性。这些结果鉴定了控制嗜热 cohesin-dockerin 模块在活细菌细胞表面性能的关键参数，并建立了一种计算引导的策略，用于工程化更稳定的纤维小体来源组装界面，从而推动面向可持续生物技术应用的模块化整细胞平台开发。
高效转化聚合物原料以实现可持续生物加工，需要用于酶组装和细胞表面锚定的稳健策略。在自然界中，纤维小体通过支架蛋白介导的组织方式，借助特异性的 cohesin-dockerin 相互作用，实现对碳水化合物活性酶的高效排列，从而高效分解木质纤维素多糖。因此，这些模块化结合对是合成生物学和工程化全细胞生物催化中颇具吸引力的工具，然而其性能主要在体外或酵母及革兰氏阳性细菌中被研究。决定其在微生物表面上功能的因素——尤其是在革兰氏阴性细菌中——仍未被充分理解。本文中，我们利用来自大肠杆菌的基于 Ag43 的展示系统以及带有 dockerin 标签的荧光报告蛋白，研究了在基因组精简菌株 Pseudomonas putida EM371 表面展示的、来源于 Acetivibrio thermocellus 和 Acetivibrio clariflavus 的两个嗜热 cohesin-dockerin 对的结合效率和相互作用稳定性。我们表明，结合效率强烈受 cohesin-dockerin 复合物形成温度的影响。我们进一步证明，通过分子动力学模拟和自由能计算指导，在 dockerin 结构域中进行靶向氨基酸替换，可显著提高 A. clariflavus 配对的相互作用稳定性。这些结果确定了控制嗜热 cohesin-dockerin 模块在活细菌细胞表面性能的关键参数，并建立了一种计算引导的策略，用于工程化更稳定的纤维小体来源组装界面，从而推动模块化全细胞平台在可持续生物技术应用中的发展。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.09.743725v1?rss=1
🏷️ 嗜热cohesin-dockerin 细菌表面展示 相互作用稳定性 分子动力学模拟 整细胞生物催化