Учёные выяснили, как микробные консорциумы разлагают лигнин

Исследователи из Института прикладной экологии Китайской академии наук разработали «сверху вниз» стратегию создания синтетического микробиома. С её помощью из соломенного компоста и почв с внесённой соломой были обогащены микробные консорциумы, способные к эффективному разложению лигнина. Работа даёт новое представление о том, как микробные сообщества совместно разрушают лигнин. Результаты опубликованы в Frontiers in Microbiology.

Лигнин — это жёсткое древесное соединение, входящее в состав клеточных стенок растений и являющееся одним из самых распространённых в мире возобновляемых источников ароматического углерода. Он содержится в растительных остатках, таких как солома, и из-за своей сложной структуры долгое время создавал трудности для эффективного разложения и использования. Сложность разрушения этого природного полимера ограничивает его превращение в ценные продукты, такие как биотопливо и биопластики.

Биологическое разложение предлагает экологичную альтернативу традиционным химическим и термическим методам. Опираясь на скоординированную активность микроорганизмов, этот подход позволяет разлагать лигнин в мягких условиях с меньшими выбросами углерода.

Под руководством доктора Сюй Минкая исследователи изучили состав сообщества, функции генов и метаболические взаимодействия в консорциумах с помощью высокопроизводительного секвенирования, метагеномного и метаболомного анализов. Они обнаружили, что род Pseudomonas был доминирующим во всех трёх консорциумах. Среди них консорциум с маркировкой R0 показал наивысшую эффективность деградации, успешно разложив более 80% щелочного лигнина за шесть дней.

Дальнейший анализ показал, что в R0 присутствовало множество генов из семейства вспомогательных активностей (Auxiliary Activities, AA), которые кодируют углевод-активные ферменты, участвующие в деградации лигнина.

Исследователи также идентифицировали два основных метаболических пути — аминобензоата и бензоата, — которые играют ключевую роль в превращении лигнина в меньшие, пригодные к использованию молекулы. В процессе деградации был обнаружен протокатеховая кислота в качестве важного промежуточного соединения.

Результаты показывают, что микробные консорциумы могут формировать более полные пути деградации, чем отдельные штаммы, благодаря синергетическому метаболизму и функциональной комплементарности, что приводит к более высокой эффективности разложения. Это исследование даёт теоретическое руководство для разработки технологий биодеградации лигнина для промышленного применения.