Теперь, используя несколько дополнительных исследовательских инструментов, Гуделл и его коллеги сообщают о новых подробностях работы этого неожиданного механизма, который, как ни странно, не задействует ферменты, обычные ускорители химических реакций. Вместо этого грибы коричневой гнили Basidiomycota используют неферментативный метод биокатализа, опосредованный хелаторами, который «сильно отличается от того, который используется любым другим изученным микроорганизмом», — говорит он.
Хелаторы — это органические соединения, которые связывают ионы металлов, и в этом случае они также генерируют «гидроксильные радикалы» для разложения древесины и производства простых химических строительных блоков.Описанные сотрудниками Национальной лаборатории Окриджа как «сдвиг парадигмы в понимании грибкового биокатализа для преобразования биомассы», результаты появляются в текущем выпуске журнала «Биотехнология для биотоплива». Гуделл говорит: «Наше исследование систем грибковой биоконверсии рассматривает новый механизм, который потенциально может использоваться на биоперерабатывающих заводах для« деконструкции »древесной биомассы для преобразования в платформенные химические вещества для биополимеров или энергетических продуктов».
Грибы бурой гнили встречаются как в северном, так и в южном полушариях и являются одними из наиболее распространенных грибков гниения в Северной Америке. Поскольку они эволюционировали относительно недавно, существует меньше видов коричневой гнили по сравнению с более старыми видами белой гнили. «Однако из-за их эффективности в разрушении древесины грибки бурой гнили стали доминировать, особенно в деградации древесины хвойных пород», — говорит Гуделл, и теперь они доминируют, рециркулируя примерно 80 процентов углерода биомассы хвойных пород в мире, обнаруживаемого в основном в лесных массивах. великие леса северного полушария.Гуделл отмечает, что большинство микроорганизмов используют ферменты для расщепления соединений, но ферменты — это огромные молекулы, которые физиологически «дороги» в производстве, потому что они содержат очень много азота. «Раньше ученые думали, что эти грибы проделают дыры в клеточной стенке, которые будут пропускать большие ферменты», — отмечает он, своего рода модель предварительной обработки. «Но, как мы объясняем здесь, это работает не так».«В грибах, которые мы изучаем, вместо этого используется неферментативная система Фентона, опосредованная каталитическими хелаторами, очень простой процесс, в котором используется перекись водорода, также вырабатываемая грибковой системой, и железо, обнаруженное в окружающей среде», — говорит Гуделл.
Он добавляет, что он и его коллеги полагают, что эффективность грибов бурой гнили объясняется их использованием хелатно-опосредованной системы Фентона, а не использованием исключительно ферментов, как это делают грибы белой гнили.Гуделл отмечает: «Эта группа грибов бурой гнили выяснила, как генерировать гидроксильные радикалы на расстоянии, то есть вдали от грибка, чтобы держать их подальше, чтобы радикалы не повредили сами себя при разрушении древесины». Гидроксильные радикалы очень опасны для клеток, это самые сильные окислители, известные в биологических системах.Для этой работы Гуделл и его коллеги, в том числе его сотрудник Джоди Джеллисон, ныне директор Центра сельского хозяйства, продовольствия и окружающей среды Университета Массачусетса Амхерст, использовали ряд исследовательских методов, включая малоугловое рассеяние нейтронов (SANS), генерацию суммарной частоты (SFG). спектроскопия, инфракрасный анализ с преобразованием Фурье (FTIR), дифракция рентгеновских лучей (XRD), атомно-силовая микроскопия (AFM) и просвечивающая электронная микроскопия (TEM) для полного описания процесса.
Гуделл говорит: «Эти грибы действительно производят ограниченное количество ферментов, но они вступают в игру после преобразования неферментативного действия грибами с использованием хелаторов. Хелаторы — это вторичные метаболиты, функция которых нелегко проследить с использованием техник« омики », таких как как геномика. Однако, используя множество передовых методов, мы увидели, что некоторые очень маленькие низкомолекулярные соединения проникают в клеточную стенку.
В этой новой статье описывается, как это сделать ».Гуделл и Джеллисон связывают процесс, который начинается с грибков в просвете — полом пространстве внутри растительных клеток.
Используя свои гифы, нитевидные нити роста, грибы затем осуществляют биохимическую атаку на компоненты древесных клеток.Как объясняет Гуделл: «Эта группа грибов разработала способ расщепления древесного субстрата путем диффузии хелаторов в клеточную стенку.
Гриб образует хелатор и производит перекись водорода из кислорода, и вместе они начинают переваривать клеточную стенку в сахар, содержащийся в основном строительном блоке древесины, глюкозе, которую гриб может использовать в пищу. Вот как эти грибы поедают древесину ».
