大自然已經(jīng)弄清楚了，如何最好地將食物分解為燃料。現(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)趕上了，表明在山羊，馬和綿羊的腸道中發(fā)現(xiàn)的真菌也可以幫助填滿你的油箱。

研究人員在2月18日的“ 科學(xué) ”雜志上報告 說，這些厭氧腸道真菌的表現(xiàn)與工業(yè)設(shè)計的最佳真菌一樣，能夠?qū)⒅参锊牧限D(zhuǎn)化為易于轉(zhuǎn)化為燃料和其他產(chǎn)品的糖類。

加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校的主要作者兼化學(xué)工程教授Michelle O'Malley說：“大自然已經(jīng)將這些真菌設(shè)計成具有世界上最大的分解生物質(zhì)的酶庫。”

這些酶 - 由蛋白質(zhì)制成的工具 - 共同作用來分解頑固的植物材料。研究人員發(fā)現(xiàn)，真菌使它們的酶適應(yīng)木材，草，農(nóng)業(yè)廢棄物或任何科學(xué)家喂它。研究結(jié)果表明，工業(yè)可以改變腸道真菌，使它們產(chǎn)生更好的酶，其性能將超過最好的酶，可能導(dǎo)致更便宜的生物燃料和生物基產(chǎn)品。

為了使調(diào)查結(jié)果，奧馬利借鑒了科學(xué)(SC)用戶設(shè)備的能源辦公室的兩名美國部：環(huán)境分子科學(xué)實驗室 在西北太平洋國家實驗室和美國能源部聯(lián)合基因組研究所。O'Malley的研究是第一個由兩個設(shè)施合作產(chǎn)生的，名為Facilities Integrating Collaborations for User Science或FICUS。該合作伙伴關(guān)系使世界各地的科學(xué)家能夠利用SC用戶設(shè)施的能力，更全面地了解基礎(chǔ)科學(xué)問題。O'Malley的團隊還包括來自PNNL，DOE JGI，麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)的博士學(xué)院以及哈珀亞當(dāng)斯大學(xué)的科學(xué)家。

“通過利用相應(yīng)設(shè)施的RNA測序和蛋白質(zhì)表征能力，我們以其他方式進行先進的生物燃料研究，”DOE JGI用戶計劃副主席Susannah Tringe說。“該合作計劃旨在鼓勵并使研究人員能夠更輕松地將多個用戶設(shè)施的專業(yè)知識和能力整合到他們的研究中。FICUS為技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施提供一站式購物方式，迅速成為合作的典范。“

除了最新的組學(xué)技術(shù)和橫貫大陸的團隊之外，如果沒有最卑微的物質(zhì)，這些發(fā)現(xiàn)是不可能的。

公司希望將生物質(zhì)如木材，藻類和草類轉(zhuǎn)化為燃料或化學(xué)品。問題：在植物細胞壁中發(fā)現(xiàn)的復(fù)雜分子基質(zhì) - 木質(zhì)素，纖維素和半纖維素 - 結(jié)合起來形成鋼筋混凝土的生物等效物。當(dāng)工業(yè)無法分解這種生物質(zhì)時，他們會用熱量或化學(xué)物質(zhì)對其進行預(yù)處理?；蛉拥羲?。這兩種選擇都會增加成品的成本。

許多農(nóng)場動物可以毫不費力地分解這些相同的分子，這激發(fā)了研究團隊的研究。他們的搜索始于圣巴巴拉動物園和馬薩諸塞州的一個馬廄，在那里他們收集山羊，馬和羊的糞便。樣品越新越好，因為這個稗子還有生物量食真菌的活標(biāo)本。

作為世界上第一個含有細胞核的單細胞生物，厭氧腸道真菌自恐龍發(fā)生之前就已存在?？茖W(xué)家們早就知道它們在幫助食草動物消化植物方面發(fā)揮了重要作用。一個原因與某些真菌的蜂群行為有關(guān)。當(dāng)真菌繁殖時，它們釋放出許多帶有尾狀附屬物的孢子，稱為鞭毛。這些嬰兒真菌像蝌蚪一樣游來游去，在腸道里找到新的食物。然后他們將尾巴換成稱為菌絲的根狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以挖掘植物材料。然后葉子成為食物。

O'Malley和她的同事都知道真菌的菌絲會分泌出被稱為酶的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)可以分解植物材料。與工具箱中的工具一樣，酶越多樣化，真菌就越能將植物分解并轉(zhuǎn)化為食物。如果工業(yè)可以利用這種工具箱來利用真菌，它可以更有效地分解原始生物質(zhì)。

“盡管它們具有迷人的生物學(xué)特性，但厭氧腸道真菌很難分離和研究，”EMSL的生物系統(tǒng)動力學(xué)和設(shè)計科學(xué)主題負(fù)責(zé)人Scott Baker說。“通過利用EMSL和JGI的尖端科學(xué)能力，O'Malley展示了厭氧腸道真菌酶的巨大目錄如何促進生物燃料生產(chǎn)。”

為了找到獎品，研究團隊需要一張地圖。好吧，兩張地圖。因此，他們用一勺便便，深入研究腸道真菌。

真菌是作物的精華

在科學(xué)家手中，腸道真菌產(chǎn)生的酶列表是釋放其生物燃料生產(chǎn)潛力的第一步。就像復(fù)制宗教文本的修道院中的僧侶一樣，信使RNA分子可以轉(zhuǎn)錄制造蛋白質(zhì)所需的遺傳信息，包括酶。因此，DOE JGI對幾種腸道真菌的mRNA進行測序，得出它們的轉(zhuǎn)錄組，它代表了它們可以制造的所有可能的蛋白質(zhì)。

O'Malley將這一努力與從其作品中重新組裝地圖進行了比較，但卻沒有看到完整的畫面。由于并非所有蛋白質(zhì)都是酶，研究人員需要與另一種蛋白質(zhì)交叉檢查。進入EMSL，研究人員在那里創(chuàng)建了第二張地圖，該地圖確定了真菌實際產(chǎn)生的酶。這種所謂的蛋白質(zhì)組的作用就像是與JGI圖譜相匹配的地標(biāo)，突出了轉(zhuǎn)錄組中的生物量降解酶。

JGI和EMSL的地圖共同指出腸道真菌可以產(chǎn)生的寶庫。與最多100種酶的工業(yè)品種相比，腸道真菌可以產(chǎn)生數(shù)百種酶。值得注意的是，這種真菌可以更好地分解木材中的半纖維素，稱為木聚糖。當(dāng)科學(xué)家將真菌的飲食從金絲雀草改為糖時，真菌通過改變它產(chǎn)生的酶來應(yīng)對。換句話說，真菌可以在飛行中更新他們的酶庫。

“由于腸道真菌有更多的工具可以將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃料，因此它們可以更快地工作，并且可以用于更多種類的植物材料。這將為生物燃料行業(yè)帶來許多機會，“O'Malley說，他的研究由美國能源部科學(xué)辦公室，美國農(nóng)業(yè)部和協(xié)作生物技術(shù)研究所資助。此外，O'Malley還獲得了生物和環(huán)境研究計劃中DOE科學(xué)早期職業(yè)生涯獎。最近，她被評為2016年科學(xué)家和工程師(PECASE)獲得者的總統(tǒng)早期職業(yè)獎之一。