Экологические принципы улучшают разложение растительной биомассы микроорганизмами
Микроорганизмы широко используются для расщепления растительной биомассы на сахара, которые могут служить устойчивыми строительными блоками для новых биосоединений. Подбор правильного микробного сообщества для этого процесса всё ещё осуществляется методом проб и ошибок. Новые идеи микробного эколога Университета Гронингена доктора Диего Хавьера Хименеса и его коллег могут сделать рациональный дизайн возможным. Они излагают эту точку зрения в обзорной статье, опубликованной в журнале Trends in Microbiology 22 июня.
«Ключ — в динамике», — говорит Хименес. Длинные и устойчивые биополимеры растительного материала расщепляются в несколько этапов, что ранее упускалось из виду. Наиболее распространённый способ получения микробного сообщества для деградации биомассы — метод разбавления: колбу с растительным материалом в питательной среде инокулируют образцом из природного микробиома (например, почвы). После периода инкубации часть жидкости переносят в свежую колбу с растительной биомассой. После ряда таких шагов формируется стабильное микробное сообщество.
Разные фазы
«Общее представление в этой области таково, что наиболее многочисленные организмы наиболее активны в разложении биомассы», — объясняет Хименес. — «Но наша предыдущая работа показывает, что это не всегда так». Хименес изучал динамику микробных популяций во время деградации биомассы. «Мы заметили, что существуют разные фазы. В первой фазе расщепляются основные цепи растительных полисахаридов. В следующей фазе расщепляются боковые связи». На заключительной фазе оставшиеся молекулы расщепляются до простых сахаров.
«Мы заметили, что разные виды микроорганизмов важны на разных фазах, что приводит к сукцессионной модели», — говорит Хименес. — «В литературе этот экологический аспект не объясняется». Хименес и его коллеги разработали концептуальную модель для описания этой динамики. «Это также означает, что разные ферменты важны на разных стадиях. Если вы используете очищенные ферменты для разложения биомассы, это нужно учитывать. Нельзя просто добавить их все одновременно».
Новая концептуальная модель может помочь в разработке оптимизированных микробных сообществ для деградации растительной биомассы, считает Хименес. «Я получил образование индустриального микробиолога в Университете Хавьера в Колумбии, но защитил докторскую на кафедре микробной экологии в Университете Гронингена. Это дало мне уникальный опыт для связи этих двух областей. Моя цель — использовать идеи из микробной экологии для улучшения промышленного расщепления растительной биомассы на сахара».