Ферменты из конского навоза могут упростить производство биотоплива

Учёные обнаружили потенциальную кладезь ферментов в грибах, обитающих в кишечном тракте и фекалиях лошадей. Это открытие может помочь в использовании кукурузных стеблей, травы и других несъедобных растений для производства биотоплива. Результаты были представлены на 245-м Национальном собрании Американского химического общества (ACS).

Проблема и решение

Сырьём для биотоплива из непищевых растений является целлюлоза. Однако она заключена в прочную сеть лигнина в клеточных стенках растений. Дорогостоящий процесс предварительной обработки удаляет лигнин, после чего набор ферментов расщепляет целлюлозу на сахара. Эти сахара затем ферментируются микробами в спирт для топлива.

«Природа сделала доступ к целлюлозе в растениях очень трудным и дорогим. Нам также нужно найти лучшую смесь ферментов для преобразования этой целлюлозы в сахар», — пояснила Мишель А. О’Мэлли, доктор философии. — «Мы обнаружили гриб из пищеварительного тракта лошади, который решает обе проблемы — он процветает на богатых лигнином растениях и преобразует эти материалы в сахара для животного. Это потенциальная сокровищница ферментов».

Новый источник ферментов

Ранее поиск таких ферментов в пищеварительном тракте крупных травоядных (коров, лошадей) был сосредоточен в основном на бактериях, а не на грибах. Цель — взять гены, производящие такие ферменты у кишечных грибов, и встроить их в дрожжи. Дрожжи уже используются в промышленных масштабах для производства антибиотиков, продуктов питания и других материалов.

Ферменты кишечных грибов уникальны: грибы проникают в растительный материал и выделяют мощные ферментные комплексы, которые совместно расщепляют целлюлозу. Однако ранее грибы в основном игнорировались в поиске новых ферментов для биотоплива из-за их малого количества в кишечнике и сложностей в изучении.

Исследование и перспективы

Исследовательская группа Мишель О’Мэлли из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре сотрудничала с учёными из Broad Institute MIT и Гарварда. Они работали с кишечным грибом, выделенным из конского навоза, и определили весь его генетический материал, используемый для производства ферментов («транскриптом»). Это привело к идентификации сотен ферментов, способных разрушать лигнин и целлюлозу.

Сейчас команда отбирает наиболее активные ферменты и работает над методами переноса генетического аппарата для их производства в промышленные дрожжи.