La naturaleza ya lo descubrió, la mejor manera de descomponer los alimentos en combustible. Ahora los científicos se han puesto al día, demostrando que los hongos encontrados en las tripas de cabras, caballos y ovejas también podrían ayudar a llenar su tanque de gasolina.
Los investigadores informan en la revista ciencia el 18 de febrero de 2016, estos hongos intestinales anaeróbicos se desempeñan tan bien como los mejores hongos diseñados por la industria en su capacidad de convertir el material vegetal en azúcares que se transforman fácilmente en combustible y otros productos.
"La naturaleza ha diseñado estos hongos para que tengan lo que parece ser el repertorio más grande del mundo de enzimas que descomponen la biomasa", dijo Michelle O'Malley, autora principal y profesora de ingeniería química en la Universidad de California, Santa Bárbara.
Estas enzimas, herramientas hechas de proteínas, trabajan juntas para descomponer el material terco de las plantas. Los investigadores descubrieron que los hongos adaptan sus enzimas a la madera, el pasto, los desechos agrícolas o cualquier cosa que los científicos lo alimenten. Los hallazgos sugieren que la industria podríamodifique los hongos intestinales para que produzcan enzimas mejoradas que superen a las mejores disponibles, lo que puede conducir a biocombustibles y productos de base biológica más baratos.
Para hacer el hallazgo, O'Malley recurrió a dos instalaciones de usuario de la Oficina de Ciencia SC del Departamento de Energía de los Estados Unidos: el Laboratorio de Ciencias Moleculares Ambientales en el Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste y el Instituto Conjunto del Genoma del DOE. El estudio de O'Malley es el primerocomo resultado de una asociación entre las dos instalaciones llamada Instalaciones que integran colaboraciones para la ciencia del usuario o FICUS. La asociación permite a los científicos de todo el mundo aprovechar las capacidades en ambas instalaciones de usuarios SC para obtener una comprensión más completa de las preguntas científicas fundamentales. El equipo de O'Malleytambién incluyeron científicos de PNNL, DOE JGI, el Instituto Broad del MIT y Harvard, y la Universidad Harper Adams.
"Al aprovechar las capacidades de secuenciación de ARN y caracterización de proteínas en las instalaciones respectivas, hemos avanzado en la investigación de biocombustibles de formas que de otra manera no serían posibles", dijo Susannah Tringe, diputada de DOE JGI para Programas de Usuario. "Este programa de colaboración se estableció para alentar y permitirinvestigadores para integrar más fácilmente la experiencia y las capacidades de múltiples instalaciones de usuario en su investigación. FICUS ofrece un enfoque de compra integral para acceder a la infraestructura tecnológica que se está convirtiendo rápidamente en un modelo de colaboración ".
Dejando de lado las últimas tecnologías ómnicas y los equipos transcontinentales, estos hallazgos no serían posibles sin la más humilde de las sustancias.
La cucharada de caca
Las empresas quieren convertir la biomasa como la madera, las algas y los pastos en combustible o productos químicos. El problema: la matriz de moléculas complejas que se encuentran en las paredes celulares de las plantas lignina, celulosa y hemicelulosa se combinan para crear el equivalente biológico del hormigón armado.Cuando la industria no puede descomponer esta biomasa, la pretratan con calor o productos químicos, o la tiran. Ambas opciones aumentan el costo del producto terminado.
Muchos animales de granja no tienen problemas para descomponer estas mismas moléculas, lo que inspiró al equipo de investigación a investigar. Su búsqueda comenzó en el zoológico de Santa Bárbara y en un establo en Massachusetts, donde recolectaban estiércol de cabras, caballos y ovejas.muestra, mejor, para esta recompensa de corral contenía especímenes vivos de hongos que comen biomasa.
Como algunos de los primeros organismos unicelulares que contienen núcleos del mundo, los hongos intestinales anaerobios han existido desde antes de los dinosaurios. Los científicos saben desde hace mucho tiempo que juegan un papel importante en ayudar a los herbívoros a digerir las plantas. Una razón tiene que ver con el enjambrecomportamiento de algunos hongos. Cuando los hongos se reproducen, liberan docenas de esporas con apéndices en forma de cola llamados flagelos. Estos hongos bebés nadan como renacuajos y encuentran nuevos alimentos en el intestino. Luego intercambian colas por estructuras en forma de raíz llamadas hifas,que cavan en el material vegetal. Luego el follaje se convierte en alimento.
O'Malley y sus colegas sabían que las hifas del hongo excretan proteínas, llamadas enzimas, que descomponen el material vegetal. Al igual que las herramientas en una caja de herramientas, cuanto más diversas son las enzimas, mejor los hongos pueden separar las plantas y convertirlas en alimento.Si la industria puede aprovechar los hongos con una caja de herramientas de este tipo, puede descomponer de manera más efectiva la biomasa cruda.
"A pesar de su biología fascinante, los hongos intestinales anaeróbicos pueden ser difíciles de aislar y estudiar", dijo Scott Baker, líder del tema científico de EMSL para Biosystem Dynamics and Design. "Al utilizar las capacidades científicas de vanguardia en EMSL y JGI, O 'Malley mostró cómo el enorme catálogo de enzimas anaerobias de hongos intestinales podría avanzar en la producción de biocombustibles ".
Para encontrar ese premio, el equipo de investigación necesitaba un mapa. Bueno, dos mapas. Así que armados con una cucharada de caca, observaron más profundamente los hongos intestinales.
Hongos que son la crema de la cosecha
En manos de los científicos, una lista de enzimas producidas por hongos intestinales es el primer paso para desbloquear su potencial de producción de biocombustibles. Al igual que los monjes en un monasterio que copian textos religiosos, las moléculas de ARN mensajero transcriben la información genética necesaria para producir proteínas, incluyendoenzimas. Por lo tanto, el DOE JGI secuencia el ARNm de varios hongos intestinales para obtener su transcriptoma, que representa todas las proteínas posibles que podrían producir.
O'Malley comparó este esfuerzo para volver a ensamblar un mapa a partir de sus piezas, solo sin ver la imagen completa. Dado que no todas las proteínas son enzimas, los investigadores debieron verificar su mapa con otro. Ingrese el EMSL, donde los investigadorescreó ese segundo mapa que identificaba las enzimas que los hongos producían realmente. Este llamado proteoma actuó como puntos de referencia que coincidían con el mapa de JGI, destacando las enzimas que degradan la biomasa en el transcriptoma.
Juntos, los mapas de JGI y EMSL apuntaban al tesoro de enzimas que los hongos intestinales pueden producir. En comparación con las variedades industriales, que superan las 100 enzimas, los hongos intestinales pueden producir cientos más. Cabe destacar que los hongos producen enzimas mejoral descomponer una hemicelulosa que se encuentra en la madera, llamada xilano. Y cuando los científicos cambiaron la dieta del hongo de canario a azúcar, los hongos respondieron cambiando las enzimas que producía. En otras palabras, los hongos pueden actualizar su arsenal de enzimas sobre la marcha..
"Debido a que los hongos intestinales tienen más herramientas para convertir la biomasa en combustible, podrían trabajar más rápido y en una mayor variedad de material vegetal. Eso abriría muchas oportunidades para la industria de biocombustibles", dijo O'Malley, cuyo estudio fue financiado porla Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de los EE. UU., el Departamento de Agricultura de los EE. UU. y el Instituto de Biotecnologías Colaborativas. Además, O'Malley recibió el Premio de Carrera Temprana de la Oficina de Ciencia del DOE dentro del Programa de Investigación Biológica y Ambiental.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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