[陳柏仰] 微生物如何分解木質纖維素：纖維小體與工業應用潛力
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細菌與真菌中木質纖維素酵素降解概覽。左側圖示為參與木質纖維素分解的酵素系統。纖維小體（cellulosome）由多種碳水化合物活性酵素（CAZymes）與結構性蛋白所組成，包含 scaffoldin、dockerin、cohesin 以及碳水化合物辨識模組（CBM）。中間圖示比較細菌與真菌纖維小體的結構差異。右側圖示為提升木質纖維素分解效率的潛在方法。
木質纖維素 (Lignocellulose biomass) 是目前地球上最豐富且永續的生質燃料之一，但在實際應用上面臨諸多挑戰，尤其在轉換效率與成本控制方面。關鍵問題之一，是分解木質纖維素所需的酵素成本極高，阻礙了其在生質能源產業中的大規模發展。為了突破這項限制，研究逐漸趨向研發能提升酵素效率並降低成本的創新技術。其中，細菌使用的「纖維小體」（cellulosome）是一種多酵素複合體，可將多種分解酵素組裝於同一平台，藉由酵素間的協同作用，大幅提升整體分解效率，其表現可達游離酵素的數十倍。為了進一步強化分解作用，人工設計的纖維小體被期望能在效率與應用上更勝一籌，但面臨穩定性及總體效率不足的瓶頸。本篇綜述從三個層面探討木質纖維素降解相關研究的最新進展與未來方向：首先，比較細菌與真菌在纖維素降解中所使用的酵素種類與作用機制；其次，分析這兩類微生物中纖維小體的結構特徵與工程應用潛力；最後，歸納出三項最具潛力的策略，包括：發現新型具纖維小體或高效降解木質纖維素的微生物、透過蛋白質工程提升酵素的熱穩定性與活性，以及改善人工纖維小體的設計與模組化能力。這些策略將有助於推動植物纖維資源的利用，促進木質纖維素在綠色能源與循環經濟中的實質應用。
本文發表於《微生物學前沿》（Frontiers in Microbiology），研究經費來自中央研究院。