Новые ферментные комплексы в пищеварительном тракте травоядных открывают перспективы для устойчивого топлива и лекарств
Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре под руководством профессора химической инженерии Мишель О’Мэлли обнаружили в кишечных грибах крупных травоядных животных (коров, лошадей) новые ферментные комплексы с большим промышленным потенциалом. Результаты опубликованы в журнале Nature Microbiology.
Ключевое открытие — «грибные целлюлосомы»
- В анаэробном грибе Anaeromyces robustus обнаружены крупные белковые структуры — целлюлосомы. На их «каркас», как детали Lego, с помощью домена докерина закрепляются различные ферменты.
- Эта сборка создает эффективный конвейер для расщепления лигноцеллюлозы (несъедобных частей растений) на сахара. Процесс более целенаправленный, чем в промышленности, где используют свободную смесь ферментов.
Превосходство над существующими методами
- В современных заводах по производству целлюлозного биотоплива ферменты работают в виде «коктейля», сталкиваясь случайным образом.
- В грибных целлюлосомах ферменты закреплены, что делает превращение сырья в сахара похожим на сборочную линию. Это повышает эффективность и потенциально удешевляет процесс.
Эволюционная уникальность и «кража генов»
- Подобные целлюлосомы есть и у бактерий, но их структура принципиально иная. Это пример конвергентной эволюции: разные организмы независимо создали похожие механизмы для одной цели.
- Грибы «позаимствовали» часть компонентов для своих целлюлосом у бактерий через горизонтальный перенос генов. Это необычно, так как на древе жизни даже примитивные анаэробные грибы эволюционно ближе к человеку, чем к бактериям.
Практические перспективы
- Биотопливо: Новые ферменты могут сделать переработку сельскохозяйственных отходов (стеблей, початков кукурузы) в этанол более эффективной.
- Биотехнологии: Понимание структуры комплексов дает «рецепт» для создания искусственных сборочных линий. Их можно будет использовать для производства не только сахаров, но и новых химических веществ или фармацевтических препаратов.
Открытие стало возможным благодаря современным методам секвенирования геномов. Как отметил соавтор работы Шон Гилмор, первым признаком стала находка в геноме крупного, ранее не описанного белка с повторяющейся структурой.