Ученые разгадали генетический код бактерий, способных расщеплять целлюлозу

Ученые из Центра биоэнергетических наук при Министерстве энергетики США определили ключевые протеины в составе ряда теплолюбивых бактерий. Это открытие может послужить толчком к созданию новых технологий получения биотоплива.

Исследователи уже давно ищут экономичные способы расщепления сложносоставных растительных материалов – например, проса прутьевидного – чтобы получить доступ к сахарам, которые ферментируются с целью получения биотоплива. Традиционные процедуры требуют добавления производимых в промышленных масштабах энзимов, которые расщепляют целлюлозу.

Ученые из Центра биоэнергетических наук рассматривают альтернативные возможности – включая те, которые подразумевают использование определенных бактерий, обладающих естественной способностью расщеплять растительные биомассы.

Чтобы лучше понимать механизмы, лежащие в основе микробного расщепления, группа исследователей из университета Северной Каролины, Окриджской национальной лаборатории и университета Джорджии проанализировали геномы 8 разновидностей бактерий рода Caldicellulosiruptor.Эти бактерии, встречающиеся в самых разнообразных местах, – от Новой Зеландии  до Исландии и России – могут расщеплять растительные биомассы при чрезвычайно высоких температурах.

«Ранее мы обнаружили, что не все представители этого рода одинаково расщепляют целлюлозу, - отмечает Сара Блюмер-Шуэтт из университета Северной Каролины. – Основополагающая цель этого проекта – определить факторы, влияющие на то, как эффективно разлагают клетчатку разные бактерии из этого рода».

Сравнивая геномы восьми родственных, но все же отличающихся видов, ученые смогли определить, какие именно уникальные гены отвечают за способность расщеплять клетчатку.  Полученные результаты были опубликованы в журнале «JournalofBacteriology». Исследователи также провели дополнительные испытания с использованием инструментов протеомики, чтобы понять, как эти гены влияют на состав белков, расщепляющих целлюлозу.

В результате была обнаружена ранее не описанная группа протеинов-адгезинов, которые помогают бактериям захватывать фрагмент растительного материала, чтобы более эффективно его расщепить. В дальнейшем это открытие прояснило, почему отдельные виды бактерий справляются с расщеплением лучше других.

«Еще раньше мы узнали, что эти бактерии выделяют энзимы, которые позже беспрепятственно распространяются в их среде, - объясняет Блюмер-Шуэтт. – Мы предполагали, что энзимы случайно присоединяются к кусочку целлюлозы или другой биомассы и начинают его расщеплять. Сейчас мы поняли, что в процессе поддержания взаимодействия между бактериями и целлюлозой задействовано больше протеинов».

Главной проблемой на пути к удешевлению производства лигноцеллюлозного топлива является облегчение доступа к сахарам, «скрывающимся» в клеточной оболочке растений.

«Природа – в виде микробов, описанных выше, – справляется с этим очень успешно, - отмечает Пол Гилна, директор Центра биоэнергетических наук и участник исследования. – Если мы поймем процессы, которые протекают естественным путем под воздействием бактерий Caldicellulosiruptor, мы научимся использовать их для переработки биомасс и ферментации сахаров одновременно».

Соавторами статьи, опубликованной в онлайн-журнале «JournalofBacteriology» выступили Сара Блюмер-Шуэтт, Джефри Зуравски, Инци Оздемир и Роберт Келли из университета Северной Каролины; Ричард Дженони, Скотт Гамильтон-Брем, Джеймс Элкинс, Фрэнк Лаример, Мириам Лэнд, Лорен Хаузер, Роберт Коттингэм и Роберт Хеттих из Окриджской национальной лаборатории; Цин Ма, Янбин Инь, Ин Сюй, Ирина Катаева, Фэррис Пул и Майкл Адамс из университета Джорджии.

Центр биоэнергетических наук был основан в 2007 году. Он является одним из трех подразделений Министерства энергетики, занимающихся исследованиями в области биоэнергетики. Центр поддерживает работу междисциплинарных,  межинституциональных исследовательских групп, преследуя одну главную цель – сделать производство биотоплива из целлюлозы или непищевых растительных волокон рентабельным в масштабах всей страны.

Работа центров координируется учеными из Окриджской национальной лаборатории, Национальной лаборатории Лоренса Беркли и университета Мэдисон (штат Висконсин) при сотрудничестве с университетом Мичигана.

EnergyDaily, перевод с английского – Наталья Пристром

http://www.biofueldaily.com/reports/Researchers_tap_into_genetic_reservoir_of_heat_loving_bacteria_999.html