211service.com
Ar karvės galėtų pagerinti biokurą?
Mikrobų, leidžiančių karvėms virškinti žolę, tyrimas gali padėti sukurti geresnius celiuliozės biokuro gamybos būdus.
Moo-crobes: Mokslininkai pateko į šios karvės prieskrandį per angą, matomą gyvūno kairėje pusėje. Tyrėjai naudojo karvių prieskrandžių viduje įdėtus maišus su žolėmis, kad gautų mikrobus, galinčius fermentuoti kietą augalą.
Biokuras, pagamintas iš žemės ūkio atliekų, pjuvenų ir prerijų žolės, žada būti ekonomiškesnis nei biokuras, gaunamas iš kukurūzų, cukranendrių ir kitų maistinių kultūrų.
Pirmasis celiuliozės biokuro žingsnis yra kietų augalinių medžiagų, pagamintų iš celiuliozės ir lignino, pavertimas cukrumi, kuris vėliau gali būti fermentuojamas kurui gaminti. Tačiau tai brangu ir šiuo metu celiuliozei skaidyti reikia daug fermentų. Mes kalbame apie sunkvežimius, sako Francesas Arnoldas , Caltech chemijos inžinerijos profesorius, kuris nebuvo susijęs su karvių tyrimais. Ji sako, kad mums reikia nuo dviejų iki penkių kartų sumažinti fermentų kainą.
Priešingai, mikrobai, gyvenantys galvijų virškinamojo trakto dalyje, vadinamoje prieskrandyje, jau milijonus metų efektyviai paverčia celiuliozę cukrumi. Tyrėjai tikisi, kad nauja 28 000 genų, sudarytų iš galvijų virškinime dalyvaujančių mikrobų, duomenų bazė padės inžinieriams rasti naujų fermentų ir sumažinti celiuliozės biokuro gamybos sąnaudas.
Iki šiol gamintojai sumažino celiuliolizinių fermentų gamybos sąnaudas dažniausiai keisdami perdirbimo metodus. Kitas būdas būtų sukurti fermentus, kurie veiktų greičiau arba veiktų skirtingomis sąlygomis, pavyzdžiui, ekstremaliomis temperatūromis, kurie galėtų palengvinti augalinės medžiagos skaidymą. Kad pradėtume mažinti celiuliozės biokuro gamybos sąnaudas, mums reikia naujų fermentų, kurie veiktų daugiau, sako Edis Rubinas , JAV Energetikos departamento Jungtinio genomo instituto direktorius. Rubinas vadovavo karvės mikrobų tyrimui.
Bėda ta, kad apytiksliai 99,9 procentai visų žemėje esančių mikrobų, įskaitant esančius karvių didžiajame prieskrandyje, negali būti auginami kultūroje laboratorijoje. Taigi bioprospektoriai, ieškantys natūralių mikrobų fermentų, turinčių pramoninių perspektyvų, turėjo labai ribotą medžiagos, su kuria galėtų dirbti. Laimei, tai keičia naujos genų sekos nustatymo technologijos, leidžiančios mokslininkams atrasti mikrobų fermentus, pažiūrėjus į jų genus. Nereikės auginti mikrobų laboratorijoje, tyrėjai gali sekti visą genetinę medžiagą, esančią visoje ekosistemoje, tada patikrinti šiuos duomenis dėl dominančių genų. Šio tipo tyrimai vadinami metagenomika.
2007 m. Rubino grupė pradėjo ieškoti geresnių celiuliolizinių fermentų, tyrinėdama termitus. Termitų žarnyne gyvenantys mikrobai stambią sumedėjusią pašarą fermentuoja į cukrų. Rubino teigimu, termitų bėda buvo ta, kad buvo sunku gauti daug medžiagos, su kuria būtų galima dirbti, nes termitų žarnos yra mažos. Tyrimai nesukūrė daugelio viso ilgio genų, reikalingų veikiantiems fermentams gaminti.
Karvės didžiajame prieskrandyje gali tilpti daugiau nei 150 litrų virškinamo maisto, o tai suteikia tyrėjams daug medžiagos dirbti. Dėl kitos priežasties karvės yra ypač palankios šio tipo tyrimo tiriamosios. Žemės ūkio mokslininkai sukūrė sistemą, kaip į karvių prieskrandį įkišti langu uždengtą angą. Tiesiogine prasme galima pažvelgti į skrandį per šį langą, vadinamą fistule, ir įdėti eksperimentinius mėginius į vidų, o tada juos ištraukti. Bendradarbiaudami su Ilinojaus universiteto mokslininkais, kurių karvėms miestelyje yra pritvirtintos fistulės, Jungtinio genomo instituto tyrėjai į karvių skrandį įdėjo maišus su žolėmis, paliko 48 valandas ir vėl išnešė. Manoma, kad prie žolės prilipę mikrobai dalyvavo ją fermentuojant.
Tada tyrėjai išskyrė mikrobus, juos suskaidė ir suskirstė visą rastą genetinę medžiagą. Tyrėjai sugebėjo pateikti didžiulį kiekį duomenų apie genus ir kai kuriuos genomus, esančius karvės prieskrandyje. Jie rado apie 250 milijardų bazinių porų vertės genų, maždaug 10 kartų daugiau, nei sudaro žmogaus genomas.
Tada iššūkis buvo interpretuoti visus tuos duomenis. Naudodama didelio našumo skaičiavimo įrenginius Kalifornijos Lawrence'o Berkeley nacionalinėje laboratorijoje, grupė palygino karvių ir mikrobų sekas su sekų, kurios koduoja angliavandenius skaidančius fermentus, duomenų baze. Tai paskatino 28 000 genų fondą tolesniam tyrimui. Tada mokslininkai naudojo laboratorines bakterijas, kad pagamintų baltymus, koduotus 90 šių genų, ir išbandė jų funkcionalumą. Maždaug pusė jų sugebėjo suskaidyti celiuliozės medžiagas.
Be 28 000 nustatytų genų, mokslininkai sugebėjo iš naujo surinkti kelių anksčiau neatrastų mikrobų rūšių genomus. Norėdami patikrinti šią tyrimo dalį, jie iš didžiojo prieskrandžio mėginių išskyrė vieną nekultūrinamą bakterijų ląstelę ir nustatė jos genomo seką. Jis atitiko vieną iš jų surinktų. Šis biologinės tikrovės patikrinimas leidžia mums gana pasitikėti, sako Rubinas.
Kaip bus naudojama nauja duomenų bazė, neaišku. Tai enciklopedija, skirta žmonėms išsitraukti, sako Rubinas.
Ankstesnės pastangos sukurti naujus celiulitinį fermentą nedavė daug rezultatų. Yra du būdai tai padaryti. Vienas iš jų yra pabandyti suaktyvinti fermentus. Kitas būdas, kurį Rubinas ir Caltech Arnoldas laiko perspektyvesniu, yra rasti arba pagaminti fermentus, kurie būtų ne tik aktyvesni, bet ir veiktų ekstremaliomis sąlygomis, kurie galėtų padėti suirti kietus augalus, pvz., aukštoje temperatūroje, aukštoje temperatūroje. -druskos tirpalai – sąlygos, kurios destabilizuoja šiandieninius fermentus.
Tuo tarpu mokslininkai metagenominę analizę taiko kitoms mikrobų bendruomenėms, kurios fermentuoja kietus augalus. David Weiner, fermentų kompanijos tyrimų ir plėtros vadovas Vereniumas , sako, kad jo įmonė jau turi termitų ir mikrobų fermentų savo produktų vertinimo sistemoje. Bendrovė dalyvavo ankstesniuose termitų tyrimuose, kuriuos atliko Jungtinio genomo instituto mokslininkai, ir sukūrė platformą, skirtą paspartinti naujų fermentų tyrimus. Weineris teigia, kad bendrovė taip pat ieško fermentų genų kituose atrajojuose, įskaitant zebrus, ir mėginiuose, paimtuose iš, pavyzdžiui, irstančių rąstų. Praėjusį rudenį „Verenium“ pardavė dalį savo celiulitinių fermentų verslo bendrovei BP.