МОСКВА, 29 ноя - РИА Новости. Американские биотехнологи вывели несколько штаммов кишечной палочки, способных заменить практически весь конвейер производства биотоплива - эти микроорганизмы умеют расщеплять целлюлозу и другие исходные компоненты биомассы на части, превращать их в сахаристые соединения и использовать для сборки молекул органических веществ, пригодных для использования в качестве готового топлива.
Джей Кислинг (Jay Keasling) из университета Калифорнии в Беркли (США) и его коллеги описали особенности бактерии - "биореактора" и обрисовали перспективы ее применения в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Практически все технологии производства биотоплива делятся на два этапа - расщепление ксилана и целлюлозы при помощи бактериальных или искусственных ферментов и превращение промежуточного продукта в готовое топливо. Невысокая эффективность бактерий-расщепителей целлюлозы и высокая цена на искусственные катализаторы отпугивает потенциальных инвесторов.
Группа ученых под руководством Кислинга смогла объединить оба этих этапа в наборе совместимых друг с другом штаммов кишечной палочки (Escherichia coli), вставив в их геном наборы генов, отвечающих за расщепление целлюлозы и выделение биотоплива.
На первом этапе своей работы авторы статьи сравнили большое количество генов бактерий, пригодных для расщепления биомассы. Они отобрали 10 наиболее эффективных ферментов и вставили соответствующие им гены в ДНК кишечной палочки.
Два из них - фермент-расщепитель ксилана Xyl10 и разрушитель целлюлозы Cel - оказались "рабочими". Бактерии с этими генами успешно расщепляли до 5% целлюлозы и 11% ксилана на небольшие фрагменты-олигомеры. Ученые "настроили" эти гены таким образом, что расщепляющие молекулы выделялись за пределы оболочки бактерии. Это решило одну из главных проблем кишечной палочки - небольшое количество ферментов, которые она выделяет в питательную среду.
Затем биологи провели аналогичные эксперименты с двумя наборами генов, выделенных из ДНК бактерий, способных расщеплять "обрывки" молекул целлюлозы и ксилана. Эти фрагменты были подключены к двум предыдущим таким образом, что они включались лишь в том случае, если в питательном растворе присутствовало достаточное количество олигомеров ксилана и целлюлозы.
Такая архитектура "живого конвейера" позволила ученым добиться невиданных темпов роста - скорость размножения бактерий с "ксилановыми" и "целлюлозными" генами была ограничена лишь концентрацией сахаристых веществ в среде их обитания.
Убедившись в эффективности своих "подопечных" в лабораторных условиях, ученые попытались использовать их на практике. Кислинг и его коллеги подготовили биомассу из листьев и стеблей гигантского проса (Panicum virgatum) - дикого растения из североамериканских прерий. Ученые обработали биомассу при помощи растворителя целлюлозы - ионной жидкости - и добавили полученный раствор в пробирки с бактериями.
В целом, бактерии из той и другой группы успешно заселили новую среду и развивались нормальными темпами, что подтвердило жизнеспособность "конвейерных" штаммов кишечной палочки. Это справедливо и для смешанных колоний из "ксилановых" и "целлюлозных" бактерий - они не мешают друг другу, и их жизнедеятельность не пересекается с химической точки зрения.
После этого эксперимента оставался последний шаг - производство биотоплива. Ученые присоединили к геномам своих кишечных палочек несколько "линий", отвечающих за сборку биоаналогов бензина, дизельного топлива и авиационного керосина.
Как и ожидали ученые, новые штаммы кишечной палочки производили те виды биотоплива, которые были "запрограммированы" Кислингом и его коллегами. Как отмечают биологи, промышленное применение этих штаммов потребует значительного улучшения эффективности ферментов, расщепляющих целлюлозу и ксилан.
