Новое исследование, проведенное учеными из Объединенного института биоэнергетики Министерства энергетики (JBEI), базирующегося в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab), демонстрирует важность микробных сообществ как источника стабильных ферментов, которые можно использовать для преобразования растений в биотопливо.
Исследование, недавно опубликованное в журнале Nature Microbiology, сообщает об открытии новых типов целлюлаз, ферментов, которые помогают расщеплять растения на ингредиенты, которые можно использовать для производства биотоплива и биопродуктов. Целлюлазы культивировали из микробиома. Использование микробного сообщества отличается от подхода, обычно применяемого при использовании изолированных организмов для получения ферментов.
Ученые впервые изучили микробный зверинец, присутствующий в нескольких чашках муниципального компоста. Метагеномный анализ микробиома, проведенный Объединенным институтом генома Министерства энергетики (JGI), помог выявить, что 70% ферментативной активности исходит от целлюлаз, продуцируемых кластером некультивируемых бактерий в компосте. Они обнаружили, что ферменты легко расщепляют целлюлозу в растительной биомассе до глюкозы при температуре до 80 градусов по Цельсию.
«Здесь мы культивируем целое сообщество микробов, чтобы получить доступ к ферментам, которые мы не могли получить из изолятов», - сказал главный исследователь Стив Сингер, старший научный сотрудник отдела биологических систем и инженерии лаборатории Беркли и директор отдела микробных исследований. и Enzyme Discovery в JBEI. «Некоторые микробы трудно культивировать в лаборатории. Мы выращиваем микробы, живущие в сообществах, как они встречаются в дикой природе, что позволяет нам видеть вещи, которые мы не видим, когда они изолированы. Это открывает возможность для открытия новых типов ферментов, которые производятся микробами только в сообществах».
Бактериальная популяция Candidatus Reconcilibacillus cellulovorans дала целлюлазы, которые были организованы в чрезвычайно прочные углеводно-белковые комплексы, структура которых ранее никогда не наблюдалась в изолятах. По словам авторов исследования, стабильность новых целлюлазных комплексов делает их привлекательными для применения в производстве биотоплива.
«Ферменты сохраняются даже после снижения численности бактерий», - сказал Сингер, который сравнил микробное сообщество с заквасками, ферментированными из диких дрожжей и дружественных бактерий. «Мы поддерживали культивирование микробного сообщества более трех лет в лаборатории».
Эта стабильность является ключевым преимуществом по сравнению с другими целлюлазами, которые быстрее разлагаются при высокой температуре, говорят исследователи.