Enzymy ze střev koní by mohly skrývat tajemství zefektivnění výroby biopaliv

Možnost používání mikroorganismů pro výrobu biopaliv je zkoumána od poloviny devadesátých let minulého století. Až v posledních několika letech se koncepce a technologie poněkud rozjely. Myšlenka je docela jednoduchá: identifikovat mikroorganismy, které mají potenciál tvořit prekurzory benzínu a dalších paliv, vypěstovat je ve velkých množstvích ve velkých fermentorech a potom shromáždit vedlejší produkty pro budoucí použití. Je to technologie, která je využívána u jiných důležitých výrobků, jako jsou insulín a penicilín.

Na 245th National Meeting & Exposition of the American Chemical Society (ACS), která je největší světovou vědeckou společností, vědci informovali o objevu možného zdroje enzymů klíčových pro ekonomickou produkci biopaliv z nepotravinářských rostlinných materiálů, například z celulózy.  Ta je však uzavřena uvnitř buněčné stěny rostlin pevnou sítí ligninu. Pro výrobu biopaliv z těchto materiálů musí být lignin před zpracováním odstraněn drahou úpravou. Potom směs enzymů rozštěpí celulózu na cukry. Na závěr, v procesu velmi podobnému výrobě piva nebo vína, se tyto cukry stávají potravou pro mikroby, které je zfermentují na alkohol pro paliva, suroviny pro umělé hmoty a další materiály.

Příroda učinila přístup k celulóze v rostlinách velmi složitý a finančně nákladný. Navíc je potřeba najít nejlepší směs enzymů na přeměnu této celulózy na cukr. Vědci objevili houbu ze zažívacího traktu koní, která řeší obě věci - daří se jí na ligninem-bohatých rostlinách a přeměňuje tyto materiály na cukr pro zvíře, ve kterém žije. Je potencionálním zdrojem enzymů pro řešení tohoto problému a snížení ceny biopaliv.

Zažívací trakty velkých herbivorů, jako je skot a koně, kteří jsou schopni strávit trávy bohaté na lignin, jsou dobře vyšlapanými cestami pro vědce hledající takovéto enzymy. V minulosti však byla jejich pozornost zaměřena hlavně na enzymy baktérií, spíše než hub zahrnujících kvasinky a plísně. Cílem je vzít geny, které produkují takovéto enzymy z hub žijících ve střevech a geneticky s nimi modifikovat kvasinky. Kvasinky jsou již používány v osvědčených procesech na průmyslové úrovni k produkci obrovských množství antibiotik, potravin a dalších výrobků. To ukazuje, že by výrobní technologie mohla představovat klidnou cestu ke komerční výrobě biopaliv.

Několik genů hub žijících ve střevech je výjimečných ve srovnání s baktériemi, protože tyto houby rostou invazivně na rostlinném materiálu. Tyto houby také vylučují účinné směsi enzymů, které pracují společně, aby rozložily celulózu. Doposud však nebyly houby z velké části brány v úvahu při hledání nových enzymů pro biopaliva - a to z jasného důvodu.

O houbách v zažívacích traktech těchto velkých zvířat bylo relativně málo vědeckých informací. Jsou tam ve velmi malém počtu, což dělá jejich studium složitým. Nízké koncentrace také podporují mylnou představu, že houby musí být bezvýznamné při trávení celulózy. Tyto houby je nesmírně složité izolovat a pěstovat pro studium jejich enzymů.

Američtí vědci pracovali se střevní houbou z rodu Piromyces izolovanou z koňského trusu. Houba vykazovala vysokou enzymatickou reaktivitu vůči celulózovým a lignocelulózovým substrátům (filtrační papír, tráva lesknice rákosovitá). S použitím technologie RNAseq a softwarové platformy TRINITY byli vědci schopni z více než 27 000 transkriptů (prekurzorová RNA) bez potřeby informace o sekvenci genomu sestavit de novo doslova stovky nových enzymů schopných rozštěpit odolný lignin ve stěnách rostlinných buněk a celulózu. Nyní se tým vědců prokousává touto úrodou transkriptů k identifikaci nejaktivnějšího enzymu a pracuje na metodách pro přenos genetického aparátu pro jeho produkci do kvasinky v současné době používané v průmyslových procesech.

Autor: Dr. Ing. Jaroslav Salava, VÚRV, v.v.i.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použitá literatura:

Anonymous (2013): Enzymes from horse feces could hold secret to streamlining biofuel production. American Chemical Society (ACS): April 11, 2013. http://portal.acs.org/portal/acs/corg/content?_nfpb=true&_pageLabel=PP_ARTICLEMAIN&node_id=222&content_id=CNBP_03259&use_sec=true&sec_url_var=region1&__uuid=52def8c3-abcf-4a47-b22a-1de81f3cbaa8]

Anonymous (2013): Horse gut fungus converts cellulose into biofuels, UCSB College of Engineering: April 24, 2013. http://engineering.ucsb.edu/news/701]

Anonymous (2013): New biofuel possibility in horse gut fungus, Live Science: May 1, 2013. http://www.livescience.com/29252-horse-gut-fungus-biofuel-nsf-ria.html