19/08/2013
0Дерева міцні, дешеві і широко розповсюджені. Проте коли виринає питання про перспективи перетворення дерев і сільськогосподарських відходів на джерело енергії для легкових і вантажних авто, деревина скоріше заважає. Сьогодні дослідники заявили, що вони знайшли вірогідне рішення цієї проблеми, яке може сильно зменшити вартість завтрашнього палива.
Проблема деревини у тому, що стінки її клітин містять лігнін, який надає жорсткості. Спершу потрібно було прибирати лігнін, аби дістатися до багатої на цукор целюлози, яку згодом ферментували до спиртових палив. Дослідники шукали спосіб зменшити кількість лігніну в деревах і травах, не пошкоджуючи при цьому їх здатність до зростання.
Це — непросте завдання. Лігнін не схожий на інші біологічні молекули із довгим ланцюгом. ДНК і РНК, наприклад, копіюються безпосередньо з молекулярних зразків. Натомість структура лігніну має більш випадковий характер. Рослини створюють певні молекулярні «цеглинки» — мономери — які надсилають у реакційні камери клітин. Там мономери поєднуються у розгалужені ланцюги. Проте точна структура залежить від концентрації окремих мономерів, що злегка відрізняється у різних видах рослин. Зрештою, розгалужений лігнін огортає багаті на цукор волокна целюлози, які складають головну частину рослини, що робить стінки клітини міцнішими і підтримує схожі на трубки судини у стовбурі, по яких переносяться поживні речовини і вода.
До минулого десятиліття біохіміки рослин вважали, що знають все про етапи синтезу лігніну. Наприклад, вони думали, що у одному з ключових процесів один ензим виконує два різні завдання. Проте коли тести не змогли належним чином підтвердити таку теорію, у молекулярного генетика із Гентського університету в Бельгії Вута Боеряна (Wout Boerjan) закралися підозри, що не все так просто.
Тож Боерян і його колеги провели ряд скринінгів для генів, що експресуються у Arabidopsis thaliana, маленької рослини, яку широко досліджують у біологічних лабораторіях. Коли дослідники визначили, які саме гени активні у рослин — виробників лігніну, вони помітили один, який досі не зазначався як важливий для біосинтезу лігніну: ген для ензиму кафойл шикимат естерази (caffeoyl shikimate esterase або CSE). Після цього вони внесли до арабідопсіса такі зміни, що створена рослина не мала даного гена. Як доповіли дослідники, рослини все одно виростали. Проте вони містили на 36% менше лігніну і були приблизно на третину менші за своїх кузенів, у які не вносили зміни. Крім того, нові рослини не згиналися під власною вагою і не падали, хоча деякі з судин для транспорту поживних речовин і води практично зникли. Однак коли ці нижчі рослини висушили, нарізали і обробили, то отримали в чотири рази більше багатої на цукор целюлози, аніж від рослин, що не зазнали змін. Більше того, змінені рослини видали додаткову целюлозу без дорогої високотемпературної обробки, яка зазвичай потрібна для видалення лігніну до ферментації біопалива.
«Це найбільш корисне у даному спостереженні»,— каже Клінт Чапл (Clint Chapple), біохімік із Університету Пердью, місто Вест-Лафайєт, штат Індіана. Робота подає сподівання, що якщо подібна технологія вимкнення гену спрацює на тополях та інших біопаливних рослинах, то може сильно зменшити вартість виробництва біопалива, каже він. У свою чергу це може усунути потребу до вироблення біопалива з кукурудзи, цукру та інших харчових рослин, що зменшить необхідність використання найкращих сільськогосподарських земель для вирощування біопалив. Оскільки усунення лігніну потрібне і для створення паперу та ряду хімікатів з рослин, нова технологія може зменшити вартість і цих процесів також, каже Боерян.
Зображення: Додаємо віднімаючи. Прибравши специфічний ген, дослідники зменшили кількість лігніну (підфарбований червоним) на 36% у клітинах стовбура рослини, внаслідок чого багаті на цукор частини рослини буде легше перетворювати на автомобільне паливо. Якщо та ж сама технологія спрацює і в культурах, які вирощуються саме з цією метою — наприклад, у тополі (на меншому зображенні), то це може сильно знизити вартість виробництва біопалива.
Джерело: Science
