Фермент показал эффективность в преобразовании биомассы растений в биотопливо

Микроорганизмы могут расщеплять клетки растений для производства биотоплива. В этом процессе специализированные ферменты разрушают целлюлозу — ключевую молекулу, придающую жесткость клеточным стенкам растений. Ученые обнаружили, что фермент из семейства гликозидгидролаз 12 бактерий играет неожиданно важную роль в расщеплении трудноразлагаемой кристаллической формы целлюлозы. В отличие от других гидролаз, этот фермент разрушает целлюлозу с помощью случайного механизма.

Проблема и потенциал

Расщепление целлюлозы — основное препятствие для создания эффективных методов переработки растительной биомассы в топливо и химикаты. Открытие высокоэффективного специализированного фермента, разрушающего жесткие компоненты клеточных стенок растений, может помочь решить эту проблему.

Исследование микробных сообществ

Микроорганизмы, такие как грибы и бактерии, производят ферменты-гликозидгидролазы для получения питательных веществ из целлюлозы. Некоторые из этих ферментов способны разрушать ее жесткую кристаллическую форму, что делает их особенно перспективными для переработки биомассы. Однако ранее эти ферменты изучались в основном в чистых культурах микроорганизмов, хотя в природе целлюлозу разлагают именно микробные сообщества.

Чтобы восполнить этот пробел, междисциплинарная команда ученых под руководством специалистов из Объединенного института биоэнергетики (JBEI) Министерства энергетики США применила сравнительную протеомику и биохимические измерения. Они исследовали различия в гликозидгидролазах, производимых разнообразными микробами в сообществах, выращенных на компосте из зеленых отходов и кристаллической целлюлозе. Для анализа использовались масс-спектрометры в Лаборатории экологической молекулярной науки (EMSL) и технологии высокопроизводительного секвенирования ДНК в Объединенном институте генома (JGI) — обоих объектах Научного управления Министерства энергетики США.

Ключевое открытие

Анализ показал, что фермент семейства гликозидгидролаз 12, производимый бактерией Thermobispora bispora, играет ранее недооцененную роль в расщеплении кристаллической целлюлозы. Новые данные указывают, что этот фермент может быть особенно эффективен для преобразования растительной биомассы в топливо и химикаты.

В более широком смысле, исследование демонстрирует силу сравнительной протеомики сообществ для выявления новых микробных ферментов, которые можно использовать для производства топлива из возобновляемых источников энергии.