18 Июн, 2016 21:23

Обнаружена бактерия, у которой стоит поучиться химии

Обнаружена бактерия, у которой стоит поучиться химии

Мертвое дерево представляет собой буквально невиданный по размерам набор строительных блоков, необходимых для создания новых растений и животных, а также энергии, чтобы поддерживать их жизнедеятельность.

«Переработка углерода, находящегося в растениях имеет фундаментальное значение для функционирования нашей экосистемы», говорит Кэмерон Кэрри (Cameron Currie), профессор бактериологии в Университете штата Висконсин-Мэдисон. «Мы получаем пищу, воду, воздух, энергию, практически все от нашей экосистемы. Таким образом «работает» наша планета».

В случае целлюлозы (ключевого структурного компонента в стенках клеток растений и наиболее распространенного органического соединения на нашей планете) целый мир особых микробов способны аккуратно разбирать ее на части. Значительная часть такой работы осуществляется грибами, растущими на гниющих растений, но и бактерии в почве, в кишечнике животных, таких как коровы, справляются с делом не хуже.

Новый анализ группы обнаруженных ранее бактерий под названием Streptomyces показывает, что некоторые штаммы микроба в процессе эволюции разработали продвинутые способы расчленения целлюлозы. Подобные, более эффективные методы, мы могли бы позаимствовать у них для производства биотоплива из природного материала.

Обнаруженные штаммы бактерии Streptomyces способны разрушать целлюлозу достаточно долго, и сохранять активность и через сотни и через тысячи поколений.

«Это предположение (основанное на очень хорошем, проверенном методе изучения одного вида Streptomyces) ошибается в количественном подходе», — говорит Брайан Фокс (Brian Fox), профессор биохимии UW-Madison и соавтор исследования, опубликованном в журнале PLОS Biology. «Сейчас мы наблюдаем относительно небольшую группу вида Streptomyces, которая более эффективна при разрушении целлюлозы, и гораздо большую группу, менее эффективную».

Исследователи UW-Madison измерили относительные способности более чем 200 видов обнаруженных новых бактерий Streptomyces путем выращивания их на обычном сахаре, а также на лучшем источнике целлюлозы – фильтровальной бумаге (которая сделана из мертвых деревьев).

Ученые смогли собрать геномы более чем 120 из этих штаммов, и идентифицировать гены (как и способ передачи ключевых генов), которые влияют на усиленные способности разрушения целлюлозы.

«Штаммы, которые не способны хорошо разлагать целлюлозу в основном содержат одни и те же гены, независимо от того, выращивали ли мы их на глюкозе или же на растительном материале», — говорит Джина Левин (Gina Lewin), бактериолог, и соавтор исследования. «Обнаруженные штаммы бактерий, которые действительно хорошо уничтожают целлюлозу, полностью изменили вид своих генов, когда мы выращивали их на растительном материале».

Успешные штаммы Streptomyces, как правило, живут в общинах с насекомыми. Они усиливают производство некоторых ферментов и белков, которые разрушают, растворяют, разбирают целлюлозу на части.

«Есть целые семейства, шесть или восемь, возможно, даже десять, состоящие из ферментов обнаруженных новых бактерий, которые имеют все активные Streptomyces», говорит Фокс. «И эта статья доказывает, что наиболее распространенные из них должны быть среди семейств или всему конец».

Конкретная комбинация найденных ферментов важна для исследователей, работающих с биотопливом. Оно, как правило, сделано из сахара и извлекается из тех растений, которые мы едим.

Материалы по теме
8 Ноя, 2016 11:03

Из бактерий соорудили «ветряную электростанцию»

«Мы едим лишь семена початков кукурузы», говорит Кэрри. «Но большая часть энергии собрана в той части растения, которая нами не усваивается. И она не в початках, а в зеленых частях, таких как стебель и листья».

Эволюционирующие микробы, такие как обнаруженные бактерии Streptomyces оттачивали способ использования этих частей почти столько, сколько существуют сами растения на земле, а это сотни миллионов лет.

«Мир природы реагирует на подобные вещи, так же, как и люди», — говорит Фокс. — «Всем нужно добывать пищу. Всем нужно добывать энергию. И различные виды организмов достигают своих целей разными способами. Стоит подглядеть, как они это делают».

Новое исследование обнаруженных бактерий Streptomyces выявило важные ферменты, а также группы ферментов. В случае если найденные группы смогут внести улучшения в текущие производственные процессы производства биотоплива, то хитрый трюк микробов сможет стать большим благом для производства биоэнергии.

«Ферменты являются одними из самых дорогих частей в производстве целлюлозного биотоплива из растений», — говорит Левин. — «Таким образом, если вы можете определить ферменты, которые работают даже чуть-чуть лучше, такое открытие может означать прибыль в миллионы долларов».