Termiti, známí svou nenasytnou chutí k jídlu, která mění domy v prach a způsobuje mnohamilionové škody každý rok, možná poskytnou biochemický základ pro zelenější biopaliva budoucnosti.
Biopalivo od termitů
Bříška tohoto drobného hmyzu jsou zlatým dolem mikrobů bohatých na enzymy, které napomáhají přeměně dřeva nebo odpadu na cenné biopalivo.
„Termit je pozoruhodné stvoření,“ říká Raymond Orbach z amerického Ministerstva pro energii, které celý projekt podporuje. „Termiti dokáží strávit děsivé množství potravy ve velice krátkém čase. Kdokoli, komu se termiti dostanou do domu, si to velice rychle uvědomí. Místo, aby používali kyselé chemikálie nebo nadměrné teploty, zaměstnali termiti k trávení ve svých útrobách řadu specializovaných mikrobů.
Ti jim napomáhají rozbít buněčné stěny rostlinného materiálu a urychlují trávící proces. Vytvoření obrazu DNA těchto mikrobů bylo klíčové k identifikování genetických struktur, které termiti využívají k trávení. Naším úkolem je nyní objevit metabolické cesty generované těmito strukturami, abychom mohli vyřešit, jak příroda tráví genetický materiál. Poté budeme schopni syntetizovat nové enzymy objevené v tomto projektu a urychlit příchod další generace biopaliv.“
Zatímco termiti byli předmětem zkoumání vědců déle než století, přesná identita a role mikrobů z jejich trávicích traktů zůstávala obestřená tajemstvím. Tento výzkum z velké části objasňuje způsob soužití a symbiózu různých specializovaných mikrobů potřebných pro rozklad dřeva.
Stejně jako krávy mají termiti několik žaludků a v každém z nich se skrývají odlišní mikroby, kteří žijí v nejrůznějších podmínkách. Tito brouci uvnitř brouků mají za úkol v několika krocích rozložit polymery dřeva v cukry, které pak mohou být následně zkvašeny na palivo jakým je například ethanol. Čelisti tohoto hmyzu rozlámou dřevo na kousky, ale skutečná práce probíhá v tmavých zákoutích jeho břicha, kde enzymatické šťávy vylučované mikroby ničí celulózu a hemicelulózu, které jsou základním stavebním kamenem dřeva.
Termiti a krávy mají stejné mikroby v žaludku
Tento drobný hmyz, který dává všanc obsah svého žaludku ve prospěch vědy, byl nasbírán v deštném pralese Kostariky autory studie Falkem Warneckem z Mikrobiálního ekologického programu Ministerstva pro energii, Jaredem Leadbetterem z Cal Tech a dalšími vědci. Při putování džunglí narazil tým na pozoruhodné, nádor připomínající hnízdo termitů přilepené na strom. Pomocí mačety odkryli vnitřek hnízda, kde objevili husté sítě tunelů tvořených z dřevního odpadu a zuřivost termitů s rodu Nasutitermes, kteří jsou velcí asi jako datum na minci.
Projekt se ale nesoustředil na „vojáky“ s nálevkovitou hlavou ale na větší „dělníky“ s hruškovitou hlavou a vypouklým břichem. V laboratoři vědci vyzbrojení jemnými kleštičkami a jehlami pečlivě vypitvali obsah třetího žaludku „dělníků“, nafouklého smyčky smotané v zažívacích cestách termitů. Každý vzorek byl sotva viditelný lidským okem a výzkumníci museli dávat velký pozor, aby je nekontaminovali materiálem ze sousedních žaludků. Obsah 165 preparátů byl vyčištěn a vědci získali pouze pár kapek hodnotného materiálu, který byl poslán do dalších laboratoří k analýze DNA.
Ze vzorku o mnoha milionech fragmentů byl sestaven genetický kód, aby vědci rozluštili, jaké mikroorganismy se nacházejí v termitech a také aby získali metabolický profil enzymů, které tyto organismy produkují. Z této rekonstrukce zjistili, že se jedná o tucet různých kmenů mikrobů.
„Naše analýzy odhalily, že zadní trávicí trakt obsahuje dva hlavní bakteriální rody: treponemy a fibrobakterie,“ vysvětluje spoluautor studie Phil Hugenholtz, vedoucí Mikrobiálního ekologického programu. „O treponemách již dlouho víme, že jsou součástí trávení termitů díky jejich výraznému vývrtkovitému tvaru. Fibrobakterie jsou ale zajímavým a novým objevem, protože mají příbuzné v bachoru krav, o kterých je známé, že rozkládají celulózu. Mezi schopností termitů rozkládat dřevo a fibrobakteriemi a treponami je tedy přímá spojitost. Zatímco fibrobakterie jsou specialisté v rozkladu dřeva, neúčastní se na cukerném kvašení, tento úkol ponechávají treponemám. Tento projekt otevírá úplně nové chápání termitů jako mobilních miniaturních bioreaktorů.“
„Přenesení těchto objevů na pole průmyslového využití nebude vůbec jednoduché,“ dodává Eddy Rubin. „Termiti dokáží efektivně přeměnit miligramy lisované celulózy na zkvasitelné cukry ve svém maličkém tělíčku. Rozšířit tento proces tak, aby továrny na biomasu mohly produkovat biopalivo efektivně a ekonomicky, je úplně jiná otázka. Abychom se k tomuto dostali, musíme najít sadu genů s klíčovými funkcemi pro rozklad celulózy. Tato studie představuje základní krok na této cestě.“
Zdroj: jgi.doe.gov
Ti jim napomáhají rozbít buněčné stěny rostlinného materiálu a urychlují trávící proces. Vytvoření obrazu DNA těchto mikrobů bylo klíčové k identifikování genetických struktur, které termiti využívají k trávení. Naším úkolem je nyní objevit metabolické cesty generované těmito strukturami, abychom mohli vyřešit, jak příroda tráví genetický materiál. Poté budeme schopni syntetizovat nové enzymy objevené v tomto projektu a urychlit příchod další generace biopaliv.“
Termitiště, domov termitů
Zatímco termiti byli předmětem zkoumání vědců déle než století, přesná identita a role mikrobů z jejich trávicích traktů zůstávala obestřená tajemstvím. Tento výzkum z velké části objasňuje způsob soužití a symbiózu různých specializovaných mikrobů potřebných pro rozklad dřeva.
Stejně jako krávy mají termiti několik žaludků a v každém z nich se skrývají odlišní mikroby, kteří žijí v nejrůznějších podmínkách. Tito brouci uvnitř brouků mají za úkol v několika krocích rozložit polymery dřeva v cukry, které pak mohou být následně zkvašeny na palivo jakým je například ethanol. Čelisti tohoto hmyzu rozlámou dřevo na kousky, ale skutečná práce probíhá v tmavých zákoutích jeho břicha, kde enzymatické šťávy vylučované mikroby ničí celulózu a hemicelulózu, které jsou základním stavebním kamenem dřeva.
Termiti a krávy mají stejné mikroby v žaludku
Tento drobný hmyz, který dává všanc obsah svého žaludku ve prospěch vědy, byl nasbírán v deštném pralese Kostariky autory studie Falkem Warneckem z Mikrobiálního ekologického programu Ministerstva pro energii, Jaredem Leadbetterem z Cal Tech a dalšími vědci. Při putování džunglí narazil tým na pozoruhodné, nádor připomínající hnízdo termitů přilepené na strom. Pomocí mačety odkryli vnitřek hnízda, kde objevili husté sítě tunelů tvořených z dřevního odpadu a zuřivost termitů s rodu Nasutitermes, kteří jsou velcí asi jako datum na minci.
Termiti rodu Nasutitermes
Projekt se ale nesoustředil na „vojáky“ s nálevkovitou hlavou ale na větší „dělníky“ s hruškovitou hlavou a vypouklým břichem. V laboratoři vědci vyzbrojení jemnými kleštičkami a jehlami pečlivě vypitvali obsah třetího žaludku „dělníků“, nafouklého smyčky smotané v zažívacích cestách termitů. Každý vzorek byl sotva viditelný lidským okem a výzkumníci museli dávat velký pozor, aby je nekontaminovali materiálem ze sousedních žaludků. Obsah 165 preparátů byl vyčištěn a vědci získali pouze pár kapek hodnotného materiálu, který byl poslán do dalších laboratoří k analýze DNA.
Ze vzorku o mnoha milionech fragmentů byl sestaven genetický kód, aby vědci rozluštili, jaké mikroorganismy se nacházejí v termitech a také aby získali metabolický profil enzymů, které tyto organismy produkují. Z této rekonstrukce zjistili, že se jedná o tucet různých kmenů mikrobů.
„Naše analýzy odhalily, že zadní trávicí trakt obsahuje dva hlavní bakteriální rody: treponemy a fibrobakterie,“ vysvětluje spoluautor studie Phil Hugenholtz, vedoucí Mikrobiálního ekologického programu. „O treponemách již dlouho víme, že jsou součástí trávení termitů díky jejich výraznému vývrtkovitému tvaru. Fibrobakterie jsou ale zajímavým a novým objevem, protože mají příbuzné v bachoru krav, o kterých je známé, že rozkládají celulózu. Mezi schopností termitů rozkládat dřevo a fibrobakteriemi a treponami je tedy přímá spojitost. Zatímco fibrobakterie jsou specialisté v rozkladu dřeva, neúčastní se na cukerném kvašení, tento úkol ponechávají treponemám. Tento projekt otevírá úplně nové chápání termitů jako mobilních miniaturních bioreaktorů.“
Bakterie treponema, která má výrazný vývrtkovitý tvar
Hogenholtz a jeho spolupracovníci identifikovali jen v třetím žaludku termitů na 500 genů bakterií spojených s enzymatickou destrukcí celulózy a hemicelulózy.„Přenesení těchto objevů na pole průmyslového využití nebude vůbec jednoduché,“ dodává Eddy Rubin. „Termiti dokáží efektivně přeměnit miligramy lisované celulózy na zkvasitelné cukry ve svém maličkém tělíčku. Rozšířit tento proces tak, aby továrny na biomasu mohly produkovat biopalivo efektivně a ekonomicky, je úplně jiná otázka. Abychom se k tomuto dostali, musíme najít sadu genů s klíčovými funkcemi pro rozklad celulózy. Tato studie představuje základní krok na této cestě.“
Autoři studie: Phil Hugenholtz a Falk Warnecke
Zdroj: jgi.doe.gov
Sdílet článek na sociálních sítích
