Их открытие было сделано в ходе исследования характеристик Clostridium thermocellum. Ученые обнаружили, что микроорганизм использует известные сегодня общие механизмы разложения целлюлазы (свободные ферменты и ферменты, прикрепленные к клетке), а также новую категорию ферментов, не прикрепленных к клетке.
Это открытие стало неожиданностью для исследователей и объясняет превосходные характеристики C. thermocellum на биомассе. В текущем выпуске журнала Science Advances опубликована статья, в которой сообщается о потенциале бактерии «Драматические свойства Clostridium Thermocellum, объясняемые ее широким спектром целлюлазных модальностей».Эта анаэробная бактерия является основным кандидатом для производства биотоплива из сырья биомассы, поскольку она уже обладает как внешней системой целлюлазы, так и внутренними метаболическими путями для преобразования биомассы в этанол. C. thermocellum распространен повсеместно и был изолирован из почвы, компоста, травоядных животных и горячих источников.
«C. thermocelum можно возродить откуда угодно, где бы вы ни находились, если биомасса присутствует и температура подходящая, она будет там». сказал ученый NREL Янник Бомбл, руководитель проекта и старший автор статьи.C. thermocellum использует как систему свободных ферментов, так и связанную целлюлосомную систему (целлюлосому), в которой углеводно-активные ферменты (CAZymes) организованы первичными и вторичными белками каркаса для образования больших белковых комплексов, прикрепленных к стенке бактериальной клетки. «Эти ферментные комплексы — удивительный механизм», — сказал Бомбл. «Они могут включать до 63 ферментов, разлагающих биомассу. Можно представить себе целлюлосому как наноразмерного осьминога, обертывающего и переваривающего микрофибриллы целлюлозы со всех сторон».
Исследователи BESC из NREL использовали недавно опубликованные стратегии клонирования, которые стали возможными благодаря сотрудничеству с Дартмутским колледжем, чтобы исследовать важность первичных и вторичных скаффолдинов C. thermocellum с использованием штаммов с делецией скаффолдина. Они обнаружили, что скаффолдины необходимы для механизма дефибрилляции клеточной стенки, используемого C. thermocellum.
Природные целлюлосомы способны создавать или, по крайней мере, поддерживать увеличенную площадь поверхности субстрата во время деконструкции за счет расширения и разделения частиц биомассы. Эта способность полностью теряется при любой модификации этих целлюлосом, такой как удаление первичных или вторичных скаффолдинов.Эти интересные наблюдения были не единственным открытием, сделанным исследователями. Используя те же мутантные штаммы в качестве фона, они также обнаружили новый тип ферментной сборки, которая не привязана к клетке и дает микроорганизмам больше свободы для исследования дополнительной биомассы или обеспечивает избыточность в его целлюлолитической системе, чтобы гарантировать постоянный источник сахаров. .Результаты имеют важное значение для промышленности и увлекли ученых. «Мы много узнаем об этом микроорганизме, о том, как он может процветать практически в любых средах и как он работает с биомассой.
Однако мы понимаем, что еще предстоит проделать работу, чтобы полностью раскрыть его потенциал. Мы постоянно работаем для улучшения своей деятельности по биомассе и увеличения выхода возобновляемого топлива », — сказал Бомбл.
«Наша миссия состоит в том, чтобы сделать возможным и действительно ускорить появление предприятий по производству целлюлозного биотоплива посредством наших фундаментальных исследований», — сказал Пол Гилна, директор BESC. «C. thermocellum признана одной из наиболее эффективных бактерий, разлагающих целлюлозу, в биосфере, поэтому открытие этого нового механизма действия представляет собой значительный прогресс в научной основе передовых подходов к производству биотоплива».Это открытие, осуществленное Научным центром BioEnergy, повлияет на стратегии, используемые для улучшения целлюлолитической активности микробов, разлагающих биомассу, в будущем. Конверсия биомассы затрагивает многие области науки, от здоровья травоядных животных и производства биотоплива до динамики экосистем горячих источников.
«Многоинституциональный характер Научного центра биоэнергетики позволяет проводить эффективные исследования, подобные тому, о котором сообщается здесь», — сказал Майкл Химмель, один из авторов исследовательской статьи и руководитель деятельности центра.