角蛋白(LCeratin)是一类以动物毛发、羽毛等形式广泛存在于自然界中的难降解蛋白质。采用合理手段将毛发、羽毛等废弃物中的角蛋白转变为可利用的肽类及氨基酸成分,在饲料、皮革处理及食品医药等诸多领域具有重要应用价值,同时具有显著的环保意义。与传统的物理化学方法相比,微生物和酶法降解角蛋白不仅可以减少对环境的二次污染,还能提高降解产物的品质。由于角蛋白在高温下结构趋于松散而易被降解,嗜热菌及其角蛋白酶所具有的耐受高温的天然优势备受关注。目前已知的中温型角蛋白降解菌主要是Bacillus属和Streptomyces属的成员,这两类菌分别是杆菌和丝状的放线菌,它们的羽毛降解机制存在差异。本实验室前期分离的芽胞杆菌WF146(Bacillus sp. WF146)和高温放线菌CDF(Thermoactinomyces sp. CDF)两株嗜热细菌均能产生具角蛋白酶活性的胞外蛋白酶,至少从细胞形态这一角度考虑,它们可以看作是角蛋白降解杆菌和丝状细菌的“嗜热版本”,是比较研究微生物在高温条件下羽毛降解机制的理想材料。本研究着重对这两种嗜热菌的羽毛降解特性进行比较,并探讨它们在角蛋白降解机制方面共同之处和差异。首先,笔者对这两株菌的产胞外蛋白酶的培养条件进行分析,寻找影响它们产胞外蛋白酶的关键因素。结果表明,营养条件(碳氮源)对这两株菌的生长和产胞外蛋白酶能力均有显著影响。对芽胞杆菌WF146而言,通过减少培养基中的营养条件,细菌的生长繁殖受到明显抑制,不仅培养物中最大菌量比LB培养基中减少4-5个数量级,而且造成了细菌形态方面的变化；但是,减营养培养能促使芽胞杆菌WF146产胞外蛋白酶能力增强,使用减营养培养基dLB2的培养物中不仅产酶过程加快,生长稳定期的胞外蛋白酶活力也提高了360%,而且该菌所产生的主要胞外蛋白酶WF146以成熟酶形式存在。对高温放线菌CDF而言,由于培养过程中生成菌丝体结构,我们采用涂布计数活菌的方法绘制其生长曲线。结果表明,减营养条件对其生长也有明显影响,该菌在dLB2培养中最大活菌量比LB培养中减少了约1个数量级；但从产胞外蛋白酶能力比较,稳定期胞外蛋白酶活力降低了约84%,这种改变是由活细胞数量减少和细胞产酶能力降低共同造成的。其次,笔者对这两株菌的羽毛降解特性进行了比较分析,寻找它们羽毛降解特性的共同点和差异性。结果表明,这两株嗜热菌均具有降解羽毛角蛋白的能力,能够以羽毛为主要碳氮源进行生长,而且羽毛的加入能在一定程度上促进这两种细菌的生长,对其产胞外蛋白酶能力也有影响。芽胞杆菌WF146在营养胁迫条件下生长时,通过产生大量的胞外蛋白酶参与降解羽毛角蛋白过程；同时,加入过量的羽毛底物(4g/L)对芽胞杆菌WF146的生长、产酶都有促进作用。在补加有羽毛的dLB2F培养基中,该菌培养物的最大菌量比在dLB2培养基中提升了约1个数量级,而且稳定期胞外蛋白酶活力也提升了85%。与芽胞杆菌WF146类似,羽毛底物的加入对高温放线菌CDF的生长也有显著的促进作用。在加入了羽毛底物(4g/L)的LBF和dLB2F培养基中生长时,高温放线菌CDF最大活菌量比未加入羽毛的培养物都提升了约1个数量级；比较产胞外蛋白酶能力,加入羽毛底物的LBF和dLB2F培养物的胞外蛋白酶活力分别提升了约31%和209%。这种提升是由活菌量增加和细胞产酶能力变化共同造成的。羽毛成分对高温放线菌CDF在营养丰富的LB培养基中产胞外蛋白酶能力的影响可能与该菌降解利用羽毛的方式有关。为进一步研究羽毛底物对这两株菌生长、产酶能力的影响,我们设计了寡营养的TYNF、YNF口NF三种培养基(羽毛含量为0.5g/L)进行培养实验。结果表明,在YNF培养基中培养的芽胞杆菌WF146能将羽毛完全降解,其产酶过程出现于对数生长期；而高温放线菌CDF在TYNF和YNF中均能降解羽毛,但残余大量的细小羽毛碎片。值得注意的是,在NF培养基中的CDF细菌虽然仅产生极微量胞外蛋白酶,但仍可以降解羽毛,暗示有除蛋白酶水解外的降解羽毛机制存在。寡营养条件下这两株菌的培养研究证明,虽然它们均能以羽毛为主要碳氮源进行生长,而且能较快地降解羽毛,但是这两株菌在降解羽毛特性和机制方面有较大差异。最后,笔者比较了这两株菌在降解羽毛过程中的作用机制,探讨嗜热微生物降解角蛋白的规律。结果表明,这两株菌都产生具有角蛋白降解能力的丝氨酸蛋白酶,能够水解羽毛。其中高温放线菌CDF产生的蛋白酶C2对角蛋白的底物倾向性更强。比较它们降解羽毛的机制,芽胞杆菌WF146可能由细胞膜表面提供还原力来破坏角蛋白的二硫键结构,而高温放线菌则可能是由其菌丝体结构完成该过程,菌丝体可能提供还原力,或通过挤压角蛋白物理破坏角蛋白的结构。这两株菌降解羽毛机制的不同导致了它们降解羽毛特性的差异。