Расшифровка метаболизма бактерий объясняет выход биотоплива

Профессор Корнеллского университета изучила бактерию Clostridium acetobutylicum, чтобы расшифровать её метаболизм и понять, как сложные отходы биомассы превращаются в биотопливо. Понимание сложностей переработки сахаров этой бактерией может привести к повышению выхода биотоплива.

"Более века известно, что Clostridium acetobutylicum [почвенная бактерия] — жизнеспособный производитель биотоплива. Однако сейчас эта бактерия не очень эффективно перерабатывает сложные отходы в биотопливо", — говорит Людмила Аристилд, доцент кафедры биологической и экологической инженерии.

Использование несъедобных растительных материалов для производства биотоплива важно для устойчивой энергетики, и переработка этих материалов включает метаболизм сахаров растения.

"Теперь мы стремимся понять сложности использования различных сахаров, которые мы находим в растительной биомассе. Вместо того чтобы разделять разные сахара, мы хотим сэкономить время и деньги, используя всю сложную биомассу целиком и превращая её в топливо", — пояснила она.

Представьте бактериальную клетку как фабрику, говорит Аристилд.

"Если мы лучше поймём сборочную линию на метаболической фабрике, которая перерабатывает все различные сахара, мы сможем лучше реализовать биоинженерные стратегии. Другими словами, мы сможем использовать все различные компоненты растений из отходов биомассы, не жертвуя выходом производства топлива".

Аристилд использовала новый биохимический подход — метаболомику — чтобы отследить различные атомы углерода сахаров внутри бактериальных клеток и понять, почему клеточная фабрика неэффективно превращает все углероды сахаров в биотопливо.

Ключевые выводы:

• Бактерия включает углероды пентоз (пятиуглеродных сахаров) в метаболическую сеть для производства нуклеотидов (строительных блоков ДНК), но это не приводит к производству биотоплива.
• Некоторые углероды гексоз (шестиуглеродных сахаров) предпочтительно направляются через гликолиз — метаболический путь, связанный с производством биотоплива.

США и большинство других стран стремятся сократить выбросы парниковых газов, чтобы предотвратить глобальное потепление. Большая часть бензина, продаваемого в США, содержит этанол, поскольку такие растительные биотоплива считаются углеродно-нейтральными. Все растительные материалы, используемые для производства биотоплива (например, травы и несъедобные культуры), улавливают углекислый газ из атмосферы посредством фотосинтеза, компенсируя выхлопные газы автомобилей.

Прилагаются значительные усилия для инженерии бактерий, способных метаболизировать сложные отходы.

"Конечная цель — понять круговорот сложных органических смесей анаэробными почвенными бактериями. Эти бактерии важны для естественного преобразования органического углерода в почвах и используются для промышленного производства биотоплива", — сказала Аристилд. — "Это исследование учит нас немного большему о том, как работает сеть и что мешает клетке направлять одни компоненты на биотопливо, а другие — нет".