Новый фермент для упрощения производства биотоплива

Ограниченная доступность ископаемого топлива стимулирует поиск альтернативных источников энергии. Одной из таких альтернатив является использование биотоплива. Сахар, получаемый из зерна сельскохозяйственных культур, можно использовать для производства биотоплива, но эти культуры занимают плодородные почвы, необходимые для производства продуктов питания и кормов. Быстрорастущие растения, такие как тополь, эвкалипт, или различные растительные остатки, такие как кукурузная солома и жом сахарного тростника, не конкурируют за почвы и могут стать устойчивым источником сырья для биотоплива.

Международная коллаборация учёных из VIB и Гентского университета (Бельгия), Университета Данди (Великобритания), Института Джеймса Хаттона (Великобритания) и Университета Висконсина (США) идентифицировала новый ген в биосинтетическом пути лигнина — основного компонента вторичных клеточных стенок растений, который ограничивает конверсию биомассы в энергию. Эти результаты, опубликованные онлайн в Science Express, открывают путь для новых инициатив в поддержку биоэкономики.

Лигнин как барьер

Растительная клеточная стенка в основном состоит из лигнина и молекул сахаров, таких как целлюлоза. Целлюлозу можно преобразовать в глюкозу, которую затем можно использовать в классическом процессе ферментации для производства спирта. Лигнин выступает в роли цемента, который скрепляет молекулы сахаров и придаёт растениям прочность. К сожалению, лигнин сильно снижает доступность молекул сахара для производства биотоплива. Цемент из лигнина приходится удалять с помощью энергоёмкого и неэкологичного процесса. Растения с меньшим количеством лигнина или с лигнином, который легче разрушить, могут быть очень полезны для производства биотоплива и биопластиков.

Новый фермент

Используя модельное растение Arabidopsis thaliana, международная исследовательская группа идентифицировала новый фермент в пути биосинтеза лигнина. Этот фермент — кофейоилшикиматэстераза (CSE) — играет центральную роль в биосинтезе лигнина.

• Результат "нокаута" гена CSE: На 36% меньше лигнина на грамм стеблевого материала.
• Структура оставшегося лигнина была изменена.
• Последствие: Прямая конверсия целлюлозы в глюкозу из необработанной растительной биомассы увеличилась в четыре раза — с 18% у контрольных растений до 78% у мутантных растений cse.

Эти новые данные теперь можно использовать для скрининга природных популяций энергетических культур (тополь, эвкалипт, просо прутьевидное) на наличие неработающего гена CSE. Альтернативно, экспрессию CSE можно изменить методами генной инженерии. Сниженное количество лигнина или изменённая его структура могут способствовать более эффективному превращению биомассы в энергию.