Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Lignin-feasting mikrobe holder løfte om biodrivstoff

Anonim

Naturdesignet lignin, den tøffe trepartige polymeren i veggene av planteceller, for å binde og beskytte cellulose-sukkene som planter bruker for energi. Av denne grunn er lignin en stor utfordring for de som vil trekke ut samme plantesukker og bruke dem til å lage avanserte biodrivstoff. Som en del av deres søk etter økonomiske måter å overvinne ligninutfordringen, har forskere ved Joint BioEnergy Institute (JBEI) kjennetegnet den enzymatiske aktiviteten til en regnskogsmikro som bryter ned lignin hovedsakelig ved å puste den.

annonse


"Ved å bruke en kombinasjon av transkriptomikk og proteomikk, observert vi anaerobe Enterobacter lignolyticus SCF1 ettersom den vokser på lignin, " sier Blake Simmons, en kjemisk ingeniør som leder JBEIs dekonstruksjonsavdeling. "Vi oppdaget betydelig nedbrytning av lignin i løpet av tiden ved absorbans, noe som tyder på at enzymer i E. lignolyticus kunne benyttes til å dekonstruere lignin og forbedre biodrivstoffproduksjonen. Våre resultater viser også verdien av en multi-omics-tilnærming for å gi innblikk i de naturlige prosessene av bakteriell lignin nedbryting."

Ikke bare lignin hemmer tilgangen til cellulose, biprodukter av lignin nedbrytning kan også være giftig for mikrober som brukes til å fermentere sukker i brensel. Dette gjør det mulig å finne mikrober som kan tolerere et lignin-miljø en prioritet for biodrivstoffforskning. Tropiske regnskoger har anaerob mikrober som faktisk bruker lignin som sin eneste kilde til karbon. Kristen DeAngelis, en mikrobiell økolog tidligere i JBEI og nå med Universitetet i Massachusetts, har ledet ekspedisjoner til Luquillo Experimental Forest hvor hun og hennes mannskap høstet jordmikrober.

"Tropiske jordmikrober er ansvarlig for nesten fullstendig nedbryting av bladplanter i løpet av så mye som atten måneder, " sier hun. "Den raske veksten, høy effektivitet og spesifisitet av enzymer som brukes i den anaerobiske kulldekonstruksjonen utført av disse tropiske jordbakteriene, gjør dem nyttige maler for å forbedre biodrivstoffproduksjonen."

I en tidligere studie ved JBEI ledet av DeAngelis, er E. lignolyticus SCF1 et medlem, vist å være i stand til anaerob lignin nedbrytning, men enzymer bak denne nedbrytningen var ukjente. Gjennom deres multi-omics-tilnærming samt målinger av enzymaktiviteter, var DeAngelis, Simmons og deres kollegaer i stand til å karakterisere mekanismer ved hvilke E. lignolyticus SCF1 er i stand til å nedbryte lignin under anaerobe vekstforhold.

"Vi fant at E. lignolyticus SCF1 er i stand til å nedbryte 56 prosent av ligninet under anaerobe forhold innen 48 timer, med økt celleopplevelse i lignin-endret sammenlignet med uendret vekst, " sier Simmons. "Proteomikanalyse gjorde det mulig for oss å identifisere 229 proteiner som var signifikant forskjellig mellom lignin-endrede og uendrede vekstbetingelser. Av disse var 127 proteiner minst to ganger oppregulert i nærvær av lignin."

Denne nye studien viste også at E. lignolyticus SCF1 er i stand til å nedbryte lignin via både assimilatoriske og dissimilatoriske veier, den første jordbakterien for å demonstrere denne dual evne.

"Vårt neste skritt er å se på hva slags kjemiske bindinger foretrekkes av disse to forskjellige reduksjonsveiene, " sier DeAngelis. "Vi kan da prøve å utvikle skreddersydde ruter til målrettede mellomprodukter ved å definere molekylære mekanismer av enzymatiske reaksjoner med lignin."

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av DOE / Lawrence Berkeley National Laboratory . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. Kristen M. DeAngelis, Deepak Sharma, Rebecca Varney, Blake Simmons, Nancy G. Isern, Lye Meng Markilllie, Carrie Nicora, Angela D. Norbeck, Ronald C. Taylor, Joshua T. Aldrich, Errol W. Robinson. Bevis som støtter dissimilatorisk og assimilatorisk lignin nedbrytning i Enterobacter lignolyticus SCF1 . Grenser i mikrobiologi, 2013; 4 DOI: 10.3389 / fmicb.2013.00280