Идентификация ключевых микробных ферментов для биотоплива

Исследователи из Объединенного института биоэнергетики (JBEI) Министерства энергетики США в сотрудничестве с Объединенным институтом генома (JGI) и Лабораторией молекулярных наук об окружающей среде (EMSL) решили задачу поиска наиболее эффективных микробных ферментов для переработки биомассы в сахара для биотоплива.

Проблема и подход

Ключ к коммерциализации биотоплива нового поколения — рентабельное извлечение ферментируемых сахаров из лигноцеллюлозной биомассы. Перспективны ферменты термофилов — микробов, живущих при высоких температурах и щелочных условиях. Однако найти самые активные из этих ферментов было сложно.

Ученые работали с консорциумом термофильных бактерий, полученным из компоста и адаптированным к росту на свитчграссе — перспективной энергетической культуре. Они применили комбинацию метагеномных и метапротеомных технологий, чтобы определить, ферменты каких конкретных видов микробов наиболее активны в разложении биомассы свитчграсса.

Научный прорыв

"Это первый случай, когда функциональные роли отдельных микробных популяций в консорциуме были связаны с конкретными ферментативными активностями, в данном случае целлюлазной и гемицеллюлазной", — говорит Стивен Сингер, руководитель программы JBEI по микробным сообществам.

Метагеномный анализ (глубокое секвенирование) выявил, что наиболее многочисленными в консорциуме были штаммы, близкие к Thermus thermophilus и Rhodothermus marinus. Однако метапротеомный анализ показал, что наиболее активную роль в деструкции свитчграсса играли ферменты бактерий Gemmatimonadetes и Paenibacillus. Более многочисленный штамм Rhodothermus вносил меньший вклад.

Значение для биотоплива

Исследование позволило составить список ключевых генов и ферментов, ответственных за разложение биомассы. Эти данные используются для создания оптимизированных ферментных коктейлей, способных эффективно и с высоким выходом превращать предобработанную лигноцеллюлозную биомассу в сахара для последующего производства биотоплива.