Badania unijne torują drogę innowacjom w biopaliwach
Międzynarodowy zespół naukowców dostarczył obszernych informacji na temat cech genetycznych Postia placenta, grzyba powodującego zgniliznę typu brązowego, znanego ze swej skuteczności w rozkładaniu celulozy, który jest strukturalnym komponentem komórek roślinnych. Wyniki badań opublikowane w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), są owocem projektu Biorenew (Biała biotechnologia na rzecz produktów o wartości dodanej z odnawialnych polimerów roślinnych: projektowanie wyspecjalizowanych biokatalizatorów i nowych bioprocesów przemysłowych), sfinansowanego na kwotę 9,5 mln EUR z Szóstego Programu Ramowego (6PR) UE. Lignoceluloza - połączenie cukrów i ligniny - pomaga utrzymać strukturę ścian komórkowych roślin. Skutecznie pełni funkcję rusztowania, zapewniając łodydze sztywność i odporność poprzez zespolenie celulozy, hemicelulozy i ligniny w formę siatki. Wytrzymałość lignocelulozy, tak ważna dla roślin, stanowi kłopot z punktu widzenia producentów biopaliw. Aby wyprodukować biopaliwa na bazie etanolu, który nadaje się do wykorzystania jako paliwo do środków transportu, rośliny muszą zostać rozłożone na cukry podlegające fermentacji. Jednak z uwagi na fakt, że cukry są tak ściśle powiązane z kompleksem lignocelulozy, ich ekstrakcja jest trudna i stanowi główną przeszkodę w produkcji przemysłowej. Wysiłki naukowców koncentrowały się do tej pory wokół ligniny i sposobów oddzielenia celulozy i rozłożenia jej na cukry proste, ulegające fermentacji. Do tego celu używano silnie działających środków chemicznych i obróbki w wysokich temperaturach. Mniej energochłonny sposób rozkładania lignocelulozy wiąże się z wykorzystaniem niszczycielskiej siły grzybów powodujących zgniliznę typu brązowego, które w normalnych warunkach (tj. w ekosystemach leśnych) zajmują się z oddaniem zamienianiu drzew w miazgę, narażając przy tym przemysł drzewny na niebagatelne koszty. W przeciwieństwie do grzybów powodujących zgniliznę typu białego, która rozkłada wszystkie komponenty lignocelulozy, grzyby powodujące zgniliznę typu brązowego oddzielają celulozę bez niszczenia ligniny. W ramach ostatnich badań, ponad 50 naukowców z różnych krajów, w tym z Austrii, Czech, Niemiec, Francji i Hiszpanii, połączyło swoje siły, aby w sposób systematyczny zbadać genom i biochemię grzybów P. placenta. Badania zakrojone na szeroką skalę wykazały, że grzyb zupełnie nie posiada genów wytwarzających celulazę (enzym rozkładający celulozę), ale dysponuje unikalnym zestawem systemów enzymowych, które działają wspólnie przy rozkładzie celulozy. "Świat drobnoustrojów to słabo zbadane lecz bogate źródło enzymów, które mogą odegrać kluczową rolę w rozkładzie biomasy roślinnej - początkowym etapie produkcji biopaliwa" - powiedział dr Eddy Rubin, dyrektor Joint Genome Institute przy Amerykańskim Departamencie Energii. "Genom P. placenta, grzyba powodującego zgniliznę typu brązowego, oferuje nam szczegółowy wykaz enzymów rozkładających biomasę, którymi dysponuje ten i inne grzyby." Bieżące wysiłki naukowe koncentrują się na ekstrakcji cukrów z wieloletnich traw i szybko rosnących drzew takich jak topola, które są hodowane specjalnie na biomasę do produkcji biopaliw. Wyszukanie odpowiedniej mieszanki enzymów przyspieszającej proces będzie nieocenione dla maksymalnego wykorzystania biomasy przy minimalnym zużyciu energii. "Natura daje nam tutaj pewne wskazówki" - powiedział dr Dan Cullen z Forest Products Laboratory w USA. "Postia pozbył się w toku ewolucji konwencjonalnej machiny enzymów do atakowania materiału roślinnego. W zamian za to wykorzystuje, jak wskazują na to wyniki badań, cały arsenał utleniaczy, które rozsadzają ściany komórek roślinnych, aby depolimeryzować celulozę. Ten proces biologiczny toruje drogę bardziej efektywnym, mniej energochłonnym i przyjaźniejszym dla środowiska strategiom przyśpieszania rozkładu lignocelulozy." Informacja genetyczna zebrana przez naukowców pozwala o wiele lepiej wyjaśnić złożony mechanizm biochemiczny, który umożliwia grzybom powodującym zgniliznę typu brązowego niszczyć drewno z taką łatwością. Ta nowa wiedza ma utorować drogę ważnym innowacjom w przemyśle biopaliwowym. "Po raz pierwszy byliśmy w stanie porównać plany genetyczne grzybów powodujących zgniliznę typu brązowego, białego oraz zgniliznę miękką, które odgrywają zasadniczą rolę w obiegu węgla na naszej planecie" - powiedział dr Randy Berka z Novozymes Inc. w USA. "Takie porównania pogłębią naszą wiedzę o różnych mechanizmach i czynnikach chemicznych zaangażowanych w rozkład lignocelulozy. Ten typ informacji może pomóc biotechnologom przemysłowym w opracowaniu nowych strategii, które zwiększą wydajność i obniżą koszty związane z przekształcaniem biomasy na odnawialne paliwa i półprodukty chemiczne."