Ученые открыли около 30 тысяч ранее неизвестных генов ферментов, которые могут быть использованы для разработки и
генетического модифицирования микроорганизмов для получения биотоплива из отходов растениеводства
и сорной травы, сообщается в статье исследователей, опубликованной в журнале Science в пятницу.
По словам ученых, одна эта работа позволила примерно на треть увеличить известное количество биологических молекул, активность которых в процессах получения топлива из биомассы с помощью микробов изучалась десятилетиями.
Открытие было сделано с помощью инновационных методов исследования микробов, разведение которых в искусственных лабораторных условиях невозможно. Микроорганизмы, с которыми исследователям удобно работать в лаборатории, проводить их размножение, модифицирование
и другие манипуляции, составляют всего 1% от известного на сегодняшний день числа микробов. Остальная часть микроорганизмов, главным образом бактерий, обитает в почве, воде
и внутренних органах человека
и животных в условиях, которые крайне трудно воссоздать в лаборатории.
Авторы публикации во главе с Эдди Рубином (Eddy Rubin) из Объединенного геномного института Министерства энергетики США попытались извлечь информацию из подобных организмов для разработки более дешевых
и эффективных методов получения биотоплива. На сегодняшний день основную трудность в получении топлива для транспорта из травы, опилок, ботвы культурных растений
и подобных отбросов представляет разложение основного компонента растительной биомассы - целлюлозы - на простые компоненты.
Будучи очень прочной
и большой полимерной молекулой, целлюлоза плохо поддается разложению на простые компоненты. Производители биотоплива в наши дни вынуждены пользоваться сырьем, полученным из специально выращенных растений, что весьма затратно
и мешает ведению сельского хозяйства с целью получения продовольствия.
Группа Рубина в своей работе использовала микробы, обитающие в кишечнике жвачных животных - коров, где те, используя полость внутренних органов в качестве среды обитания, помогают животному разложить целлюлозу на простые компоненты, которые могут быть усвоены организмом. Для этого используются специальные ферменты, выделяемые микроорганизмами, которых нет у коровы.
Ученые разработали специальную методику извлечения микробов
и дальнейшего анализа биологического материала, которая позволила им расшифровать более 270 миллиардов "букв" ДНК этих до сих пор во многом загадочных микроорганизмов.
Из этих фрагментов ученые с помощью компьютерного алгоритма сумели не только воссоздать практически полные геномы некоторых микроорганизмов, но
и выявить 27,775 тысячи генов, потенциально способных выполнять функции разложения целлюлозы. Из огромного количества генов ученые выбрали 90 генов ферментов, которые затем были протестированы на активность в процессах переработки целлюлозы.
Примерно 20% из этого количества проявили способность активно разлагать целлюлозу, содержащуюся в растении просо (Panicum virgatum), которое широко распространено в США
и используется в качестве корма для животных.
Эта цифра указывает на то, что среди почти 30 тысяч генов ферментов, выявленных учеными, большое количество должно проявлять активность в разложении целлюлозы, которую можно использовать для создания
и генетического модифицирования микроорганизмов для получения биотоплива.
"Микроорганизмы в течение миллионов лет развивали свои способности по эффективному разложению не поддающейся переработке биомассы. Сообщества этих микробов могут быть найдены в разных экосистемах - кишечнике коров или термитов, лесной почве, компосте
и так далее. Микробы решили эту задачу, получив доступ к питательным веществам растений, что
и позволило выжить не только им, но
и использующим их животным", - сказал Рубин, слова которого приводит пресс-служба Института.
