Исследователи выделили новые типы микроорганизмов, расщепляющих эфирные связи в лигнин-содержащем соединении
Лигнин — основной компонент клеточных стенок растений, который естественным образом разлагается в почве. Выявление новых микроорганизмов, участвующих в этом процессе, может помочь в разработке новых методов промышленного разложения лигнина. Исследователи из Токийского университета естественных наук выделили восемь микроорганизмов, трансформирующих модельное соединение лигнина 2-феноксиацетофенон (2-PAP). Они обнаружили, что один из этих микробов использует новый, неидентифицированный фермент для расщепления эфирных связей в 2-PAP, что приводит к образованию фенола и бензоата.
Лигнин — второй по распространенности органический полимер на Земле, обладающий большим потенциалом для производства промышленных химикатов, таких как ароматические соединения. Химически он состоит из множества субъединиц, связанных «эфирными» и «углерод-углеродными» связями, которые необходимо разорвать для его разложения. Известно, что микроорганизмы эффективно расщепляют эфирные связи с помощью внеклеточных ферментов. Ранее были идентифицированы два типа таких микробов: белая гниль (грибы, продуцирующие пероксидазы и лакказы) и бактерии рода Sphingomonad (с помощью внутриклеточных ферментов).
Команда исследователей под руководством доктора Тосики Фуруя решила выяснить, существуют ли другие, неизвестные микроорганизмы, разлагающие лигнин с помощью иных ферментов. Их идентификация может углубить понимание углеродного цикла и облегчить биотехнологическое применение этих микробов для коммерциализации лигнина. Также исследователи отметили, что предыдущие работы не фокусировались на том, как микроорганизмы трансформируют именно 2-PAP.
Для поиска ответов команда использовала прямой метод скрининга, выделяя микроорганизмы из почвы по их способности расти на среде с гуминовой кислотой в качестве источника углерода. Затем выделенные культуры инкубировали с 2-PAP, проверяя специфическую активность по расщеплению эфирной связи по наличию продукта реакции — фенола.
В результате было выделено восемь микроорганизмов, трансформирующих 2-PAP:
- Семь бактерий родов Acinetobacter, Cupriavidus, Nocardioides и Streptomyces.
- Один гриб рода Penicillium.
«Насколько нам известно, это первые микроорганизмы, доказанно расщепляющие эфирную связь 2-PAP», — подчеркнул доктор Фуруя.
Подробное изучение грамотрицательной бактерии Acinetobacter sp. TUS-SO1 показало, что она селективно и окислительно расщепляет эфирные связи в 2-PAP с образованием фенола и бензоата. Это стало неожиданностью, поскольку хорошо изученный фермент β-этераза, выполняющий такое расщепление, дает фенол и ацетофенон. Это означает, что данный бактериальный штамм использует для расщепления неидентифицированный фермент.
«Эти вновь выявленные микроорганизмы могут играть важную роль в деградации лигнин-содержащих соединений в природе. Выяснив их свойства, мы сможем применять их для получения ароматических соединений из лигнина как альтернативы нефти. Кроме того, их можно использовать для валоризации лигнина, особенно для преобразования низкомолекулярных соединений, имеющих химическую структуру, подобную 2-PAP», — пояснил доктор Фуруя.
Разработанная технология поиска может быть широко применена для обнаружения микроорганизмов, проявляющих активность по расщеплению других эфирных соединений, например, загрязнителей окружающей среды. Эти открытия могут привести к развитию не только в отраслях, использующих лигнин, но и в смягчении последствий загрязнения окружающей среды.