Они сообщили об этих ферментах – ключах к экономичному производству биотоплива из непищевого растительного материала – на 245-м Национальном собрании и выставке Американского химического общества (ACS), проходящем в настоящее время в Новом Орлеане.
Мишель А. О’Мэлли, доктор философии.D., объяснил, что целлюлоза является сырьем для производства биотоплива из непищевых растительных материалов.
Однако целлюлоза запечатана внутри жесткой сети лигнина внутри клеточных стенок растений. Для производства биотоплива из этих материалов лигнин необходимо удалить с помощью дорогостоящего процесса предварительной обработки. Затем набор ферментов расщепляет целлюлозу на сахара.
Наконец, в процессе, похожем на производство пива или вина, эти сахара становятся пищей для микробов, которые превращаются в спирт для топлива, ингредиенты для пластмасс и других материалов.
"Природа сделала очень трудным и дорогостоящим доступ к целлюлозе в растениях.
Кроме того, нам нужно найти лучшую смесь ферментов для преобразования этой целлюлозы в сахар », – сказал О’Мэлли. «Мы обнаружили грибок из пищеварительного тракта лошади, который решает обе проблемы – он процветает на богатых лигнином растениях и превращает эти материалы в сахара для животных. Это потенциальная сокровищница ферментов для решения этой проблемы и снижения стоимости биотоплива."
Пищеварительный тракт крупных травоядных животных, таких как коровы и лошади, которые могут переваривать богатые лигнином травы, был хорошо проторенным путем для ученых, ищущих такие ферменты. Но в прошлом их внимание было сосредоточено в основном на ферментах бактерий, а не грибах, в том числе дрожжах и плесени. Цель: взять гены, производящие такие ферменты из кишечных грибов, и генетически сконструировать их в дрожжи.
Дрожжи уже используются в проверенных временем процессах в промышленных масштабах для производства огромного количества антибиотиков, пищевых продуктов и других продуктов. Эта проверенная производственная технология будет означать беспрепятственный выход для коммерческого производства биотоплива.
О’Мэлли объяснил, что несколько генов кишечных грибов уникальны по сравнению с бактериями, поскольку грибы инвазивно прорастают в растительный материал. Кроме того, они выделяют мощные ферментные комплексы, которые вместе расщепляют целлюлозу.
Однако до сих пор грибы в значительной степени игнорировались в поисках новых ферментов биотоплива – и на то есть веские причины.
«Было относительно мало научных знаний о грибах в пищеварительном тракте этих крупных животных», – пояснил О’Мэлли. "Они есть, но в очень небольшом количестве, что затрудняет обучение.
Низкие концентрации также способствовали неправильному представлению о том, что грибы не должны играть важную роль в переваривании целлюлозы. И выделить и выращивать эти грибы для изучения их ферментов крайне сложно."
Исследовательская группа О’Мэлли в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре сотрудничала с исследователями из Института Броуда Массачусетского технологического института и Гарвардского университета. Они работали с кишечным грибком, выделенным из фекалий лошади, и идентифицировали весь генетический материал, который гриб использует для производства ферментов и других белков. Этот набор кодирующего белок материала – так называемого «транскриптома» гриба – привел к идентификации буквально сотен ферментов, способных пробиваться сквозь этот жесткий лигнин в стенках клеток растений и целлюлозу внутри них.
Теперь команда переходит к этой награде, чтобы определить наиболее активный фермент и работает над методами переноса генетического оборудования для его производства в дрожжи, которые в настоящее время используются в промышленных процессах.
Ученые выразили признательность за поддержку со стороны Министерства сельского хозяйства США и Института совместных биотехнологий в рамках контракта №. W911NF-09-D-0001 от U.S.
Управление армейских исследований и Калифорнийский университет в Санта-Барбаре.