Пищеварительная способность древних насекомых может ускорить развитие биотоплива

Исследование необычной пищеварительной системы древней группы насекомых дало новые данные для будущего производства биотоплива.

Исследование, опубликованное в Nature Communications, показывает, что способность некоторых насекомых эффективно переваривать целлюлозу может быть использована в промышленных процессах, например, для производства устойчивого низкоуглеродного топлива, чтобы сократить выбросы парниковых газов от ископаемого топлива.

Неожиданное открытие произошло, когда команда из Йоркского университета изучала пищеварительную систему чешуйниц (Thermobia domestica), которые, как было показано ранее, хорошо питаются кристаллической целлюлозой — природным волокном, которого много в соломе, бумаге и картоне.

Профессор Саймон Маккуин Мейсон из биологического факультета Йоркского университета сказал: «Чешуйницы принадлежат к одной из самых примитивных групп насекомых; они появились на суше в девонский период, около 420 миллионов лет назад. Однако, несмотря на такую долгую эволюционную историю, эти насекомые в целом оставались без внимания ученых. Целлюлоза образует волокна, которые придают прочность клеточным стенкам растений, и имеет высокую степень структурного порядка, что делает ее твердой и жесткой».

До сих пор оставалось загадкой, как чешуйницы нашли способ так эффективно переваривать целлюлозу. Изучая их пищеварительную систему, ученые обнаружили нечто неожиданное.

Доктор Федерико Саббадин с биологического факультета Йоркского университета сказал: «В их кишечнике мы обнаружили группу неохарактеризованных белков, которые составляют 20% их пищеварительных ферментов, расщепляющих углеводы. При дальнейшем изучении эти белки оказались новым классом ферментов, называемых литическими полисахаридмонооксигеназами (LPMO), которые атакуют кристаллические полисахариды. Наше исследование показало, что чешуйницы используют эти ферменты для значительного увеличения скорости переваривания целлюлозы».

Ранее считалось, что LPMO встречаются только у грибов, бактерий и вирусов, но анализ этого нового семейства показал, что оно широко распространено среди беспозвоночных. Ученые предполагают, что эти ферменты можно использовать в промышленных процессах для расщепления целлюлозы на ферментируемые сахара для производства биотоплива.

Профессор Маккуин Мейсон добавил: «Похоже, эти пищеварительные LPMO эволюционировали из ферментов, переваривающих вещество под названием хитин, который защищает дыхательную систему насекомых. Мы обнаружили, что эти гены-предки необходимы для метаморфоза и что нарушение их функции смертельно для насекомых. Это может иметь важное значение для разработки новых методов борьбы с переносящими болезни комарами и сельскохозяйственными вредителями, такими как саранча».