木质纤维素是自然界中分布最广泛、含量最丰富的可再生资源。利用这种资源来生产燃料乙醇等替代石油来源的能源和化学品已经被认为是解决能源危机、环境污染等重大问题的有效途径,而限制这个过程的关键是将木质纤维素转化为可发酵糖的纤维素酶的效率。通过以生物信息学为指导的人工定向进化和结构功能域重组的方法可以提高纤维素酶的效率,降低利用木质纤维素生产燃料乙醇的成本。 将催化效率较高的纤维素酶催化域与可结合结晶纤维素的纤维素结合域进行重组,获得可以降解结晶纤维素的重组纤维素酶。参考相关文献资料,获得高催化效率的催化域模板,对该模板所在的糖苷键水解酶家族的纤维素酶进行序列比对分析和系统发育树分析,获得催化域保守的纤维素酶。对这些纤维素酶的纤维素结合域进行三维结构和功能分析,挑选对结晶纤维素结合能力较强和可持续降解底物的纤维素结合域作为模板。运用同源建模技术预测重组催化域和纤维素结合域的纤维素酶的三维结构并评估该三维结构的合理性和对高催化效率的催化域的影响。 来源于白蚁的纤维素酶NtEG具有较高的纤维素催化效率并且只具有单个催化域,容易与进化距离较近的纤维素酶进行催化域置换。NtEG的蛋白质序列显示其属于糖苷键水解酶家族9,对该家族的序列比对分析发现两段与维持家族特征有关的保守序列；系统发育树分析发现NtEG与E4、CelG等纤维素酶的序列同源性较高,属于同一个亚类。其中,E4和CelG的纤维素结合域具有较好的特性,将这些纤维素结合域与NtEG的催化域进行结构域重组,形成重组纤维素酶。预测的重组纤维素酶的三维结构显示各结构域之间没有相互干扰；合理性评估和空间结构比对表明重组纤维素酶的高效催化域的结构变化不大。综上所述,重组纤维素酶理论上能提高对结晶纤维素的催化效率。进一步需要实验验证重组纤维素酶对结晶纤维素的催化效率并根据实验数据对其进行修正。