Объяснена высокая целлюлолитическая активность ключевого микроорганизма
Исследователи из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) Министерства энергетики США и Центра биоэнергетических наук (BESC) обнаружили новые механизмы работы бактерии Clostridium thermocellum, что может привести к удешевлению производства целлюлозного этанола и других биотоплив второго поколения.
Учёные выяснили, что микроорганизм использует не только известные механизмы деградации целлюлазы (свободные ферменты и прикреплённые к клетке каркасные ферменты), но и новую категорию несвязанных с клеткой каркасных ферментов. Это открытие объясняет превосходную эффективность C. thermocellum в переработке биомассы.
Ключевые механизмы деградации:
Свободные ферменты.
Клеточные целлюлосомы: крупные белковые комплексы, прикреплённые к клеточной стенке, которые могут включать до 63 ферментов, разлагающих биомассу. Исследователи сравнивают их с наноразмерным осьминогом, обволакивающим и переваривающим микрофибриллы целлюлозы.
Внеклеточные целлюлосомы: новый тип ферментных комплексов, не прикреплённых к клетке. Это даёт микроорганизму больше свободы для поиска биомассы или обеспечивает избыточность целлюлолитической системы.
Используя штаммы с делецией (удалением) генов каркасных белков, учёные установили, что эти белки необходимы для механизма дефибрилляции клеточной стенки. Нативные целлюлосомы способны создавать или поддерживать увеличенную площадь поверхности субстрата, расщепляя частицы биомассы. Эта способность полностью теряется при модификации целлюлосом.
Значение открытия:
- C. thermocellum является одним из самых эффективных целлюлозоразрушающих микроорганизмов в биосфере.
- Открытие нового способа действия представляет значительный прогресс в научных основах передовых подходов к производству биотоплива.
- Это повлияет на стратегии улучшения целлюлолитической активности микробов, разлагающих биомассу.
- Исследование подчёркивает потенциал C. thermocellum для промышленного применения, хотя для его полной реализации требуется дальнейшая работа по повышению активности и выхода биотоплива.
Исследование опубликовано в журнале Science Advances под названием "Dramatic performance of Clostridium Thermocellum explained by its wide range of cellulase modalities".