Учёные обнаружили, как бактерия Clostridium thermocellum использует CO₂ и целлюлозу

Исследователи из Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL) Министерства энергетики США обнаружили, что у микроорганизма, способного расщеплять и сбраживать целлюлозную биомассу, существует и функционирует метаболический путь для усвоения CO₂.

Clostridium thermocellum — одна из самых эффективных бактерий для прямой конверсии целлюлозных материалов в биотопливо, такое как водород и углеводороды. Большинство бактерий, питающихся органическими соединениями углерода, выделяют CO₂ как побочный продукт, что снижает углеродную эффективность.

Добавление бикарбоната (формы CO₂) в среду с бактерией стимулирует её рост. Это навело учёных на мысль, что C. thermocellum может утилизировать CO₂.

"Нас удивило, что этот микроб может повторно улавливать часть CO₂, выделяемого в процессе роста, пока он потребляет сахара, полученные из целлюлозной биомассы", — сказала Кэтрин Дж. Чоу, соавтор статьи в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

С помощью меченых изотопов углерода и масс-спектрометрии исследователи проследили, как CO₂ попадает в клетку, определили ключевые ферменты и обнаружили новый, ранее неизвестный метаболический путь. Хотя такой путь есть у многих бактерий, его не связывали с ассимиляцией CO₂ (фиксацией).

Этот путь позволяет бактерии использовать как CO₂, так и органический углерод, что необычно для гетеротрофных микроорганизмов.

Добавление бикарбоната повысило кажущуюся углеродную эффективность C. thermocellum с 65,7% до 75,5%. Это демонстрирует метаболическую пластичность микроба и меняет фундаментальное понимание углеродного метаболизма у целлюлозолитических бактерий.

"Наши открытия прокладывают путь для будущей инженерии этой бактерии с целью повышения углеродной эффективности и сокращения выбросов CO₂ в окружающую среду", — отметила Чоу.

Работа также вдохновляет на исследования по перенаправлению клеточных электронов для увеличения производства водорода.