Использование грибов, живущих в растениях, для получения топлива
В поисках решения проблемы роста цен на топливо исследователи обратили внимание на эндофитные грибы — грибы, живущие внутри растений.
Изучая эндофиты и их уникальные продукты, Гэри Стробел из Университета штата Монтана и его коллеги сделали открытие, которое может изменить будущее топливной отрасли.
В исследовании, опубликованном в журнале Microbial Ecology, команда изучила эндофитный гриб Hypoxylon. Учёные идентифицировали производимые им летучие органические соединения (ЛОС), оценили его антимикробную активность и генетический состав. Hypoxylon и подобные грибы распространены в тропических и субтропических растениях, а производимые ими ЛОС потенциально могут использоваться в качестве топлива или топливных добавок.
Жизнь внутри растений
Эндофиты обитают в тканях растений, не причиняя им видимого вреда. Иногда они даже приносят пользу, например, защищают растение от вредных бактерий или патогенных грибов. Учёные обнаружили, что эндофиты производят биологически активные продукты, полезные для медицины, промышленности и энергетики.
Стробел и его коллеги взяли образец Hypoxylon из ветви вечнозелёного дерева Persea indica с Канарских островов и культивировали его в лаборатории. С помощью сканирующего электронного микроскопа, световой микроскопии и молекулярных тестов они подтвердили его идентичность.
Антимикробная защита
Учёные проверили ингибирующую способность соединений, производимых грибом, чтобы определить, использует ли Hypoxylon их для защиты растения-хозяина от патогенов. Исследователи подвергли 10 различных грибковых патогенов воздействию культур Hypoxylon возрастом 3, 4, 5, 6 и 7 дней.
Результаты показали, что летучие органические соединения не только обеспечивают антимикробную защиту, но и наиболее эффективны в определённом возрасте. В данном исследовании максимальное ингибирование 8 из 10 патогенов показала 6-дневная культура. Эта способность подтверждает, что гриб сохраняет свою экологическую нишу благодаря защите, которую он обеспечивает.
Необычные соединения
Спектр ЛОС, производимых Hypoxylon, также значителен. Важное соединение 1,8-цинеол имеет особую структуру, позволяющую использовать его в качестве топлива. Это соединение и большинство других продуктов Hypoxylon классифицируются как монотерпены или их производные.
«Монотерпены — отличное топливо, — заявил Стробел. — Этанол — плохое топливо для Америки: он вызывает проблемы с двигателем, обладает низкой энергетической плотностью и производится путём дрожжевого брожения. Дрожжи используют только сахара и крахмал, которые также являются кормом для людей и животных. Эндофиты, такие как Hypoxylon, могут использовать сельскохозяйственные, лесные и городские отходы, хорошо расти и одновременно производить монотерпены, такие как цинеол».
Специальные ферменты
Специализированные ферменты, которые Hypoxylon использует для производства 1,8-цинеола, обеспечивают сложные химические процессы, которые трудно воспроизвести в лаборатории. Это затрудняет адаптацию гриба для массового производства монотерпенов. Изучение этого процесса может привести к лучшим методам инженерии гриба для повышения выхода углеводородов.
«Биологические пути, ведущие к производству монотерпенов, можно масштабировать в промышленных масштабах с помощью стандартных микробиологических методов, включая генетику мутаций, или с помощью биоинженерии», — пояснил Стробел.
Министерство энергетики США одобрило проект по исследованию методов манипулирования биологическими путями производства монотерпенов.
Прогресс в альтернативном топливе
Тем временем Стробел и его коллеги добились прогресса:
- Они разработали метод улавливания ЛОС во время процесса ферментации гриба с помощью стальной колонки, содержащей карботрап-материалы для захвата углеводородных соединений. Это позволяет изолировать и изучать соединения.
- Они увеличили производство гриба в лаборатории, вводя его в картофельно-декстрозный бульон и используя стандартные процедуры ферментации.
- Сосредоточившись на конкретных высокоурожайных штаммах грибов, исследователи увеличили количество производимых ЛОС, что доказывает потенциал для масштабирования.
- Учёные собрали достаточно грибных углеводородов, чтобы создать бензиновую смесь, которая в конце 2011 года успешно запустила двигатель Galloway 1919 года.