«Большая часть того, что мы делаем, который находит отклик у общественности, должна стать странной, неожиданные микробы из окружающей среды», сказал доцент химического машиностроения в Санта-Барбаре UC. Часто, окружающая среда, о которой она говорит, является пищеварительным трактом большого травоядного животного, такого как корова, лошадь или животное зоопарка. Это – то, где она и ее коллеги исследования обнаружили организмы, которые могут быть спроектированы, чтобы удовлетворить потребности человека.В результатах, изданных в журнале Nature Microbiology, О’Мэлли и больше чем 20 co-следователей описывают новый комплекс ферментов, обнаруженных в грибах пищеварительного тракта травоядного животного, у которых могут быть применения в стабильном топливе и химикатах.
Бумага названа «Список Частей для Грибкового Cellulosomes, Показанного Сравнительной Геномикой».Ферменты – электростанции позади биологической химии и грибы, обнаруженные группой О’Мэлли – как Anaeromyces robustus (названный в честь серого кита, частично на основе того, как это смотрит под микроскопом) – имеют необычные и желательные особенности, особенно способность преобразовать lignocellulose от заводов в сахар.В уникальной структуре A. robustus отдельные ферменты выстраиваются как своего рода большая масса белка или леса, названные cellulosome, так, чтобы они придерживались друг друга и накопились, несколько как Legos делают.
Структура на ферментах – dockerin – позволяет ферменту включать механизм лесов. Результат, О’Мэлли объяснил, состоит в том, что вся структура «вид склеивает ферменты для максимального воздействия, чтобы сломать непродовольственные части заводов». Этот процесс стоит в разительном контрасте с тем, как промышленность достигает того же самого, полагаясь на свободно плавающие смеси фермента, чтобы расщепить биомассу.
Тот метод мог иметь значение на заводах по производству целлюлозного биотоплива, которые производят этанол из ненужных продуктов – шелухи зерна и глыб – а не съедобные ядра, важный шаг вперед в обращении к компромиссу использования пахотной земли, чтобы вырастить зерно для топлива, а не для еды. «От наших предварительных доказательств у ферментов, которые мы изучаем, есть потенциал, чтобы быть лучше для промышленного использования, чем те используемые теперь», сказал Шон Гилмор, аспирант в лаборатории О’Мэлли и соавтор на бумаге, который также определил новые ферменты, исследуя геномы новых грибов.В текущем производстве целлюлозного биотоплива О’Мэлли объяснил, «У Вас должно быть несколько различных ‘ароматов’ ферментов, чтобы получить конечный продукт, который Вы хотите. У каждого фермента есть различная работа.
Те ферменты добавлены как своего рода смесь коктейля, и они сталкиваются друг с другом беспорядочно, чтобы создать необходимые реагенты. То, что является особенным в структурах, которые мы определили, – то, что ферменты ограничены, таким образом, реакции и их продукты перемещены вдоль сборочного конвейера, расширив их деятельность для максимального воздействия вместо того, чтобы произойти удачей».
Так же функционирующие структуры найдены у бактерий, но они очень отличаются в той окружающей среде. «Руководитель – то же самое, но оборудование полностью отличается», сказал О’Мэлли.«Это предполагает, что они развились независимый друг от друга к той же самой цели сломать cellulosic материал», добавил Гилмор. «Они начали с различных мест эволюционно, но займите тот же самый вид окружающей среды, таким образом, они развивали подобные структуры по-разному. Природа отчасти выдвинула их тот путь по причине; они заполняют определенную нишу».
Этот отчет первый, чтобы описать cellulosome структуры в грибах и отметить, что грибы «украли» некоторые части от бактерий посредством процесса, названного «горизонтальный перенос генов». О’Мэлли описал его как подобный «проживанию с соседом по комнате и взятию некоторых их привычек. Грибы и бактерии развили эти машины по-другому, но по пути грибы взяли что-то, что они любили от бактерий.
Это, также, необычно, особенно учитывая это на древе жизни, даже примитивных анаэробных грибах, как три, которые подверглись геному, упорядочивающему в этом исследовании, эволюционно намного ближе к людям, чем бактериям. Это делает этот случай горизонтального переноса генов «романом, потому что это – прыжок в длину», сказал О’Мэлли.Понимание недавно определенных комплексов дает нам лучшее понимание того, как целлюлоза преобразована в сахар. «С точки зрения биотехнологии, которая дает нам рецепт, чтобы попытаться построить подобные комплексы, которые могли тогда быть спроектированы, чтобы более эффективно расщепить широко доступные отходы урожая», отметил О’Мэлли. «Это – вся эта мысль о производстве с добавленной стоимостью: Вы берете что-то, что люди просто сожгли бы прежде и затем использовали бы эти машины фермента, чтобы извлечь сахар из него, который питается микробы, которые могут тогда сделать вещи для нас.
Далее, знание этих грибковых комплексов могло быть применено, чтобы спроектировать абсолютно синтетические сборочные конвейеры, чтобы построить, например, новые химикаты и фармацевтические препараты».Один из ключевых процессов в исследовании сравнивал собрания генома грибковых ферментов к тем из других ухудшающих биомассу микробов, сделанных возможными только недавними прорывами в методах упорядочивающего генома,Отзывы Гилмора, имеющие, ‘Ничего себе’, момент, смотря на последовательности, а не физический белок: «Когда мы вернули последовательность, первая вещь, которую я сделал, состояла в том, чтобы сортировать размером, и наверху Вы видели большой, неохарактеризованный белок.
Я думал, ‘Это не может быть правильно’».«Мы думали, чтобы искать что-то вроде этого, потому что мы знали, что ферменты должны были собраться на что-то», добавил О’Мэлли, «но мы не знали, что искать, кроме которого вещь должна, вероятно, быть большой и повторяющейся в структуре.«Здорово найти вещи, и это редко для инженеров», добавил О’Мэлли.
Я очень горжусь тем, что наше исследование пытается уравновесить усилия в открытии и разработке. И работа над необычными микробами предлагает маршрут, чтобы сделать это."