Genom grzyba daje perspektywy na biopaliwa nowej generacji

Zespołowi francuskich i amerykańskich naukowców udało się zsekwencjonować pełny genom Trichoderma reesei, grzyba znanego z tego, że potrafi rozkładać masę roślinną i przekształcać ją na cukry proste. Oczekuje się, że finansowane częściowo przez UE badanie otworzy nowe, skutecz...

Zespołowi francuskich i amerykańskich naukowców udało się zsekwencjonować pełny genom Trichoderma reesei, grzyba znanego z tego, że potrafi rozkładać masę roślinną i przekształcać ją na cukry proste. Oczekuje się, że finansowane częściowo przez UE badanie otworzy nowe, skuteczniejsze drogi w produkcji biopaliw w oparciu o rośliny inne niż spożywcze.

Trichoderma reesei zawiera grupę enzymów zwanych celulazami, które cechuje olbrzymi potencjał katalityczny pod względem rozkładu roślin. Grzyba odkryto podczas II wojny światowej w regionie południowego Pacyfiku. Spowodował on wówczas spustoszenie przeżerając na wskroś umundurowanie i namioty brezentowe stanowiące własność stacjonującego tam korpusu amerykańskich wojsk.

W celu lepszego poznania enzymów o tak niewiarygodnych możliwościach naukowcy porównali T. reesei z genomami 13 innych grzybów. Ku swemu zaskoczeniu odkryli, że w porównaniu z pozostałymi grzybami potrafiącymi rozkładać ścianę komórkową roślin, T. reesei posiada znacznie mniej genów kodujących celulazy.

"Znana nam była reputacja T. reesei jako producenta olbrzymich ilości enzymów rozkładających, zaskoczyła nas natomiast niewielka ilość wytwarzanych przez niego rodzajów enzymów, wskazująca na to, że jego system sekrecji białek jest wyjątkowo wydajny" - powiedział Diego Martinez, główny autor badania i naukowiec z University of New Mexico.

Naukowcy zwrócili następnie uwagę na złożoność elementów szlaku sekrecji T. reesei. "Wydaje się, że w systemie wydzielania niewiele uległo zmianie od czasu oddzielenia się od przodka wspólnego z drożdżami" - powiedział dr Martinez. "Występują natomiast pewne intrygujące różnice pod względem sposobu przetwarzania przez T. reesei pewnych wiązań białkowych ważnych dla produkcji celulazy".

W analizie porównawczej T. reesei z innymi grzybami naukowcy zaobserwowali gromadzenie się w klastry genów enzymów aktywnych wobec węglowodanów, co wskazywało na specyficzną rolę biologiczną: rozkład polisacharydów. "Choć tkanka roślinna prawdopodobnie nie jest głównym źródłem składników pokarmowych dla T. reesei, wydaje się, że organizacja takich genów rozkładających może mieć zasadnicze znaczenie dla szybkiej reakcji w momencie wykrycia celulozy i hemicelulozy" - mówi dr Martinez.

Naukowcy dodają, że grzyb ten może być pożądanym organizmem biologicznym w produkcji drugiej generacji biopaliw. Ponieważ biopaliwa pierwszej generacji wytwarzane są z wielu roślin uprawnych o podstawowym znaczeniu żywieniowym dla świata, trwają prace nad stworzeniem drugiej generacji biopaliw, które nie kolidowałyby z łańcuchem żywnościowym, a w ich produkcji wykorzystywano by odpady rolne takie jak słoma, zrębki drzewne czy kolby kukurydziane.

"Zdolność do obfitego wydzielania enzymów pozakomórkowych, dostępność narzędzi genetycznych oraz prosta i niekosztowna fermentacja T. reesei sprawiają, że jest on idealnym kandydatem do wytwarzania enzymów przydatnych w przemianie biomasy takiej jak kukurydziane resztki pożniwne, słoma zbożowa oraz proso rózgowe na etanol paliwowy oraz do produkcji substancji chemicznych uzyskiwanych obecnie z zasobów nieodnawialnych" - piszą autorzy badania.

Zanim produkcja takich enzymów możliwa będzie w skali opłacalnej ekonomicznie, niezbędne będzie lepsze zrozumienie dynamiki wzrostu komórek i wytwarzania enzymów. "Trwają już prace nad stworzeniem optymalizujących te procesy modeli matematycznych i kinetycznych, a dzięki znajomości pełnej sekwencji genomu dostępny będzie szablon pozwalający udoskonalać modele i umożliwiający strategie ulepszania szczepów w celu uzyskania najwyższej jakości mieszanin enzymów z jednego, wysoce wydajnego szczepu" - stwierdzają naukowcy.

Wyniki badania opublikowano w najnowszym wydaniu czasopisma "Nature Biotechnology". UE udzieliła wsparcia finansowego dla badań poprzez projekt FungWall.