Биосенсор для поиска бактерий, разлагающих лигнин, может ускорить развитие биоэнергетики

Ученые из Университета Британской Колумбии разработали новый биосенсор, который поможет оптимизировать процессы биопереработки для производства топлива, химикатов и передовых материалов.

Устройство выявляет природные бактериальные сети, генетически запрограммированные на расщепление древесного полимера — лигнина.

"Природа уже создала микробные процессы для деградации лигнина — прочного полимера в древесине и растительной биомассе, который в настоящее время сдерживает промышленную биопереработку", — говорит микробиолог Стивен Холлам.

Биосенсор скринирует ДНК из образцов окружающей среды, чтобы изолировать генетический аппарат, ответственный за расщепление лигнина, который закодирован в местных микробах.

"Мы обнаружили, что бактерии используют адаптивные генетические цепи для расщепления лигнина, и что эти цепи могут мобилизоваться в природе посредством горизонтального переноса генов", — отмечает Холлам.

Этот инструмент позволяет раскрыть генетическую сеть и далее оптимизировать её в лаборатории. Улучшенное понимание адаптивного, экологически сконструированного процесса трансформации лигнина может также привести к созданию более управляемых промышленных процессов.

Технология была лицензирована через Офис по связям с промышленностью университета. Стартап, поддерживаемый программой e@UBC, изучает способы увеличения масштабов производства.

"Это очень значительный прорыв, который дает важное новое понимание того, как природа разлагает лигнин", — говорит соавтор статьи в PNAS Линдси Элтис.

Контекст

Результаты, подтверждающие эффективность скрининга, опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences. Работа финансировалась Genome Canada, Genome BC и Фондом Тула.

Лигнин, перспективное и обильное сырье, составляет до 40% растительной биомассы, но до сих пор не поддавался эффективному разложению на топливо и химикаты.

Большинство агентов для биопереработки основаны на ферментах, созданных из грибов. В данном случае исследователи использовали инновационный подход для поиска и тестирования генетических массивов у бактерий, обитающих в угольных пластах. Биосенсор реагирует на набор малых молекул, которые являются остатками естественного процесса деградации лигнина. Ученые предположили, что уголь — древняя древесина и биомасса, отложившаяся до эволюции грибковых путей деградации лигнина — может содержать бактериальные пути, участвующие в этом процессе.