Вчені: Гриби виробляють біопаливо швидше і ефективніше, ніж бактерії

Американські та ізраїльські біотехнологи в режимі реального часу простежили за тим, як ферменти грибів і бактерій розкладають волокна целюлози - основи рослинної біомаси, і дійшли висновку, що гриби можуть впоратися з цим завданням швидше і ефективніше, ніж їх конкуренти.

На сьогоднішній день біологи вивели кілька штамів кишкової палички та інших бактерій, здатних перетворювати рослинну сировину або іншу органіку в біопаливо.

У багатьох випадках дослідники домагалися успіху, проте в переважній кількості випадків ефективність таких бактеріальних "мануфактур" набагато нижча від мінімально допустимих значень для їх комерційного застосування.

Група вчених під керівництвом Ши-Ю Діна з Національної лабораторії відновлюваної енергії в місті Голден (США) простежила за тим, як гриби розкладають волокна целюлози, і опублікувала результати своєї роботи в статті у журналі Science.

Як зазначають біотехнологи, гриби належать до невеликого і закритого "клубу" організмів, здатних розкладати целюлозу - основний компонент деревини, не вдаючись до допомоги бактерій.

Геном грибів містить у собі "інструкції" щодо синтезу низки унікальних ферментів, здатних розщеплювати макромолекули целюлози на відносно короткі ланцюжки.

Дін і його колеги припустили, що ці речовини можуть посперечатися в ефективності з аналогічними розщеплювачами целюлози, які використовують "паливні" бактерії. Вони перевірили цю гіпотезу за допомогою особливого набору з декількох електронних мікроскопів, які давали можливість стежити за реакціями розкладання целюлози в режимі реального часу.

У ролі піддослідних вчені обрали двох представників конкуруючих царств живих істот - бактерію Clostridium thermocellum і гриб Trichoderma reesei. За словами біологів, ці організми дотримуються абсолютно різних стратегій розкладання целюлози.

Так, бактерії використовують для розщеплення її молекул целюлосому - набір з декількох взаємодіючих білків, а гриби - кілька невеликих і незалежних один від одного молекул ферментів-целюлаз.

Автори статті перевірили їх роботу в дії, випробувавши екстракти ферментів бактерій і грибка на шматочках рослинної біомаси. Зразки целюлози відрізнялися один від одного ступенем обробки - частина з них містила в собі "неїстівний" лігнін, тоді як в інших його нитки були видалені зі шматочків рослин.

В інших випадках учені спостерігали за взаємодією ферментів з синтетичною целюлозою, що є безладною сумішшю з її макромолекул.

Як і очікували дослідники, ферменти грибів і бактерій погано впоралися з розкладанням зразків целюлози зі значними вкрапленнями волокон лігніну. За словами авторів статті, навіть "забійні" концентрації екстрактів не розкладають целюлозу повністю за сім днів експерименту.

З іншого боку, в чистих шматочках рослинної біомаси спостерігалася зовсім інша картина - грибний екстракт швидше розкладав целюлозу на менші фрагменти. Як стверджують вчені, грибні целюлази приблизно в п'ять разів швидше розщеплювали ланцюжки біополімеру, ніж це робили їхні бактеріальні конкуренти.

За словами вчених, подібні ферменти можуть в теорії досягти практично 100% розкладання біомаси, в тому випадку, якщо вона не буде містити лігніну. Як вважають Дін і його колеги, джерелом такої сировини можуть стати генетично модифіковані рослини, що ідеально підходять на роль біомаси.