Исследователи обнаружили потенциал для биоэнергетики в сообществах муравьев-листорезов
В Университете Висконсин-Мэдисон колонии муравьев-листорезов культивируют процветающие сообщества грибов и бактерий, используя свежесрезанный растительный материал.
Эти грибные сады являются не только источником пищи для муравьев, но и потенциальной моделью для улучшения производства биотоплива.
Новые ферменты для разложения биомассы
Исследователи идентифицировали новые грибные ферменты, которые могут помочь расщеплять целлюлозную (несъедобную) биомассу для переработки в топливо. Работа опубликована на обложке журнала Applied and Environmental Microbiology.
«Все обнаруженные нами ферменты похожи на известные, но они совершенно новые; их никто не идентифицировал и не характеризовал до сих пор», — говорит ведущий автор исследования Фрэнк Эйлуорд.
Симбиоз гриба и бактерий
В симбиотических отношениях гриб Leucoagaricus gongylophorous, культивируемый муравьями, производит питательные плодовые тела для муравьев Atta cephalotes. Для этого грибу нужен сахар, который он получает из целлюлозы в приносимых муравьями листьях, расщепляя её с помощью специализированных ферментов.
Секвенирование генома L. gongylophorous показало, что гриб выполняет основную работу по деградации целлюлозы. Однако в садах также обитает разнообразие бактерий, которые могут повышать продуктивность гриба.
«Мы думаем, что потенциально может существовать разделение труда между грибом и бактериями», — говорит соавтор исследования Гаррет Суэн.
Бактерии, вероятно, помогают грибу получать доступ к целлюлозе, расщепляя другие окружающие её полимеры растений, такие как гемицеллюлоза, а также поставляют азот и ключевые витамины.
Применение в биоэнергетике
Доступ и деконструкция целлюлозы — также цель исследователей из Центра биоэнергетики Великих озер (GLBRC), которые хотят ферментировать полученные сахара в этанол и другие виды биотоплива.
Понимание того, как ферменты работают в контексте сообщества муравьев, может помочь создать аналогичные методы для переработки целлюлозного сырья для биотоплива, такого как кукурузная солома и травы.
Сложность системы и перспективы
Исследователи признают, что воспроизвести такую тщательно скоординированную природную систему в промышленных условиях сложно. Альтернативой может быть синтетическое извлечение, репликация и очистка ферментов, разлагающих биомассу, с последующим тестированием новых комбинаций.
В перспективе исследователи планируют изучить и других насекомых-«садоводов», например, некоторые виды термитов и жуков, чтобы лучше понять сложные природные системы и использовать их секреты в биоэнергетике.
«Трудно представить, что мы можем найти процесс, который улучшает природу, — говорит Эйлуорд, — поэтому, вероятно, имеет смысл учиться у неё».