Фото: Это жужжание на куске дерева.
Предоставлено: Клэр Стил-Кинг и Катрин Бессер, Университет Йорка

Ученые, изучающие пищеварительную систему любопытного древесного ракообразного, обнаружили, что он может удерживать ключ к устойчивому превращению древесины в биотопливо.

Gribble — небольшие морские беспозвоночные, которые эволюционировали, чтобы выполнять важную экологическую роль, потребляя обильные запасы древесины, вымытой в море из речных эстуариев.

Они также могут быть чем-то вроде морской угрозы, потребляя древесину лодок и причалов и нанося значительный урон в этом процессе.

До сих пор вопрос о том, как грызть прорыв через лигнин — высокопрочное покрытие, которое обертывается вокруг сахарных полимеров, которые составляют древесину, было загадкой.

Группа ученых, возглавляемая Йоркским университетом, изучила заднюю кишку и обнаружила, что гемоцианины — те же белки, которые делают кровь беспозвоночных синими — имеют решающее значение для их способности извлекать сахара из дерева.

Это открытие позволяет исследователям приблизиться к определению более дешевых и более устойчивых инструментов для преобразования древесины в низкоуглеродное топливо — многообещающей альтернативой ископаемым видам топлива, таким как уголь и нефть.

Гемоцианины представляют собой группу белков, более известных за их роль в транспортировке кислорода у беспозвоночных аналогично гемоглобину у животных. В то время как гемоглобин связывает кислород через его связь с атомами железа, придавая крови красный цвет; гемоцианины делают это с атомами меди, производящими синий цвет.

Кислород представляет собой высокореактивный химический препарат, а гниль использовала окислительные способности гемоцианинов для борьбы с лигнинными связями, которые удерживают древесину вместе.

Исследование, в котором участвовали команды из университетов Йорка, Портсмута, Кембриджа и Сан-Паулу, показало, что обработка древесины гемоцианинами позволяет удвоить количество сахара, которое должно быть выпущено — такое же количество, которое может быть выпущено с использованием дорогостоящего и энергопотребляющего термохимические предварительные обработки, используемые в настоящее время в промышленности.

Профессор Саймон МакКуин-Мейсон из биологического факультета Йоркского университета, который возглавлял исследовательскую группу, сказал: «Gribble — единственное животное, которое, как известно, имеет стерильную пищеварительную систему, что облегчает изучение их метода для переваривания древесины что другие древоподобные существа, такие как термиты, которые полагаются на тысячи кишечных микробов, чтобы сделать переваривание для них ».

«Мы обнаружили, что Gribble жевал древесину на очень мелкие кусочки, прежде чем использовать гемоцианины для разрушения структуры лигнина. Ферменты GH7, та же группа ферментов, которые используются грибами для разложения древесины, затем могут пробивать и выпускать сахара».

Благодаря наращиванию давления для глобальных действий, которые необходимо предпринять в области изменения климата, многие страны стремительно декарбонизируют, переключаясь на возобновляемые источники энергии, такие как биотопливо.

Биомасса древесного растения является самым распространенным возобновляемым ресурсом углерода на планете, и, в отличие от использования продовольственных культур для производства биотоплива, его использование не вступает в противоречие с глобальной продовольственной безопасностью.

Соавтор доклада профессор Нил Брюс из Отдела биологии сказал: «В долгосрочной перспективе это открытие может быть полезно для сокращения количества энергии, необходимой для предварительной обработки древесины, чтобы превратить ее в биотопливо.

«Эффект гемоцианина, усиливающий целлюлазу, был эквивалентен эффекту термохимической предварительной обработки, используемому в промышленности, чтобы обеспечить гидролиз биомассы, предлагая новые варианты для производства биотоплива и химикатов».

Ведущий автор отчета д-р Катрин Бессер добавил: «Удивительно видеть, как природа адаптируется к вызовам, и это открытие добавляет доказательств того, что гемоцианы являются невероятно универсальными и многофункциональными белками».

По материалам eurekalert.org