Новый генетический инструмент для изучения превращения биомассы в биотопливо

Исследовательская группа из Центра биоэнергетики Великих озёр (GLBRC) Министерства энергетики США разработала мощный новый инструмент, который поможет раскрыть секреты деградации биомассы — критического этапа в создании экономически эффективных целлюлозных биотоплив. Подробности метода опубликованы 11 июня в журнале Applied and Environmental Microbiology.

Для реализации потенциала целлюлозных биотоплив необходимы эффективные стратегии извлечения сахаров из полимеров биомассы, таких как целлюлоза. Микроорганизмы, например бактерии и грибы, способны превращать биомассу в простые сахара, но их исторически сложно изучать генетическими методами.

Прорыв команды учёных из Университета Висконсин-Мэдисон в GLBRC позволил провести генетический анализ бактерии Cellvibrio japonicus — перспективного организма, давно известного своей способностью превращать биомассу в сахара. Используя метод интеграции вектора, команда разработала способ создавать мутации в любом гене этого организма.

В качестве теста команда создала мутацию, инактивирующую ключевой компонент белкового комплекса, известного как Система Секреции II типа. Нарушение работы этой системы помешало бактерии эффективно превращать биомассу в сахара. Это впервые доказывает, что Cellvibrio использует Систему Секреции II типа для секреции ключевых ферментов, расщепляющих полимеры биомассы, что даёт важное понимание механизма получения сахаров.

«Реализация потенциала целлюлозных биотоплив требует поиска более эффективных методов высвобождения сахаров из биомассы», — говорит ведущий автор исследования, ассоциированный учёный GLBRC Дэвид Китинг. — «Этот новый генетический метод позволит нам понять, как бактерии осуществляют это превращение, что должно открыть новые пути для совершенствования промышленного процесса».

Деградация клеточной стенки растений — очень сложный процесс, требующий большого количества ферментов, многие из которых имеют перекрывающуюся специфичность, отмечает профессор Гарри Гилберт из Исследовательского центра сложных углеводов Университета Джорджии.

«Поскольку генетические системы для многих бактерий, управляющих этим процессом, не были разработаны, использование нокаутных мутаций (инактивирующих конкретные гены) для изучения функциональной значимости отдельных ферментов было невозможно», — говорит Гилберт. — «Группа Китинга предоставила такую возможность — инактивировать конкретные гены у Cellvibrio japonicus, который обладает обширным аппаратом для деградации клеточной стенки растений. Это позволяет задавать ключевые биологические вопросы о регуляции системы и совместной работе ферментов для расщепления этой чрезвычайно сложной молекулы. Это существенное и важное достижение в данной области».