«Используя комбинацию транскриптомики и протеомики, мы наблюдали рост анаэроба Enterobacter lignolyticus SCF1 на лигнине», – говорит Блейк Симмонс, инженер-химик, возглавляющий отдел деконструкции JBEI. «Мы обнаружили значительную деградацию лигнина с течением времени по оптической плотности, что позволяет предположить, что ферменты в E. lignolyticus можно использовать для разложения лигнина и улучшения производства биотоплива. Наши результаты также демонстрируют ценность мультиомного подхода для понимания естественных процессов разложения бактериального лигнина."
Лигнин не только препятствует доступу к целлюлозе, побочные продукты разложения лигнина также могут быть токсичными для микробов, используемых для ферментации сахаров в топливо. Это делает поиск микробов, которые могут переносить лигниновую среду, приоритетом для исследований биотоплива.
В тропических лесах обитают анаэробные микробы, которые фактически используют лигнин в качестве единственного источника углерода. Кристен ДеАнджелис, микробный эколог, ранее работавшая в JBEI, а теперь работающая в Массачусетском университете, возглавляла экспедицию в экспериментальный лес Лукильо, где она и ее команда собирали почвенные микробы.
«Тропические почвенные микробы ответственны за почти полное разложение опада листовых растений всего за восемнадцать месяцев», – говорит она. "Быстрый рост, высокая эффективность и специфичность ферментов, используемых при анаэробной деконструкции подстилки, проводимой этими тропическими почвенными бактериями, делают их полезными шаблонами для улучшения производства биотоплива."
В более раннем исследовании JBEI под руководством ДеАнгелиса Э. lignolyticus SCF1, как было показано, способен к анаэробной деградации лигнина, но ферменты, стоящие за этой деградацией, были неизвестны. Благодаря своему многопрофильному подходу и измерениям активности ферментов ДеАнгелис, Симмонс и их коллеги смогли охарактеризовать механизмы, с помощью которых E. lignolyticus SCF1 способен разлагать лигнин в анаэробных условиях роста.
"Мы обнаружили, что E. lignolyticus SCF1 способен расщеплять 56 процентов лигнина в анаэробных условиях в течение 48 часов с повышенным содержанием клеток в лигнине с поправкой по сравнению с неизмененным ростом », – говорит Симмонс. «Протеомический анализ позволил нам идентифицировать 229 белков, которые были существенно различаются в изобилии в условиях роста с поправкой на лигнин и без поправки.
Из них 127 белков были по крайней мере вдвое активированы в присутствии лигнина."
Это новое исследование также показало, что E. lignolyticus SCF1 способен разлагать лигнин как через ассимиляционные, так и через диссимиляционные пути, первая почвенная бактерия, продемонстрировавшая эту двойную способность.
«Наш следующий шаг – посмотреть, какие химические связи предпочтительны для этих двух разных путей восстановления», – говорит ДеАнгелис. «Затем мы можем попытаться разработать индивидуальные маршруты к целевым промежуточным продуктам, определив молекулярные механизмы ферментативных реакций с лигнином."