草食動(dòng)物腸道真菌很有希望。請(qǐng)問Michelle O'Malley。加州大學(xué)圣巴巴拉分校的化學(xué)工程助理教授說：“我們所做的大多數(shù)與公眾產(chǎn)生共鳴的方法是讓奇怪的，意想不到的微生物脫離環(huán)境。”通常，她所談?wù)摰沫h(huán)境是大型食草動(dòng)物的腸道，例如牛，馬或動(dòng)物園動(dòng)物。這就是她和她的研究同事發(fā)現(xiàn)可以設(shè)計(jì)用于滿足人類需求的生物的地方。

在“自然微生物學(xué)”雜志上發(fā)表的研究結(jié)果中，O'Malley和20多位共同研究人員描述了在草食動(dòng)物腸道真菌中發(fā)現(xiàn)的一種新的酶復(fù)合物，可能在可持續(xù)燃料和化學(xué)品中有應(yīng)用。該論文的標(biāo)題是“比較基因組學(xué)揭示的真菌纖維素酶的部件清單”。

酶是生物化學(xué)背后的動(dòng)力，O'Malley的群體Anaeromyces robustus(以灰鯨命名，部分基于它在顯微鏡下的外觀)發(fā)現(xiàn)的真菌- 具有不尋常和理想的特征，特別是轉(zhuǎn)化能力木質(zhì)纖維素從植物變成糖。

在A. robustus的獨(dú)特結(jié)構(gòu)中，單個(gè)酶被排列為一種大蛋白質(zhì)質(zhì)量或支架，稱為纖維素體，因此它們彼此粘附并積聚，就像Legos一樣。酶 - dockerin-上的結(jié)構(gòu)允許酶插入支架機(jī)制。O'Malley解釋說，結(jié)果是整個(gè)結(jié)構(gòu)“將酶粘合在一起，以最大限度地影響植物的非食物部分。”這個(gè)過程與工業(yè)如何完成相同的事情形成鮮明對(duì)比，依靠自由浮動(dòng)的酶混合物來分解生物質(zhì)。

這種方法可以對(duì)纖維素生物燃料工廠產(chǎn)生影響，這些工廠從廢棄產(chǎn)品 - 玉米殼和玉米棒 - 而不是可食用的谷物中生產(chǎn)乙醇，這是解決使用農(nóng)業(yè)用地種植玉米作為燃料而不是食物的權(quán)衡的重大進(jìn)步。“根據(jù)我們的初步證據(jù)，我們研究的酶有可能比現(xiàn)在使用的酶更適合工業(yè)用途，”博士Sean Gilmore博士說。O'Malley實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生和論文的共同作者，他們?cè)跈z查新真菌的基因組時(shí)也發(fā)現(xiàn)了新的酶。

在目前的纖維素生物燃料生產(chǎn)中，O'Malley解釋說，“你需要有幾種不同的”口味“酶來獲得你想要的最終產(chǎn)品。每種酶都有不同的作用。這些酶作為一種雞尾酒混合物加入，它們會(huì)隨機(jī)相互碰撞以產(chǎn)生必要的反應(yīng)物。我們發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)有什么不同之處在于酶被束縛，因此反應(yīng)及其產(chǎn)物沿著裝配線移動(dòng)，擴(kuò)大其活性以獲得最大的影響而不是發(fā)生僥幸。”

類似的功能結(jié)構(gòu)存在于細(xì)菌中，但它們?cè)谠摥h(huán)境中是完全不同的。“校長是一樣的，但機(jī)器完全不同，”奧馬利說。

“它表明它們是相互獨(dú)立的，是為了分解纖維素材料，”Gilmore補(bǔ)充道。“他們從不同的地方開始進(jìn)化，但卻占據(jù)了同樣的環(huán)境，因此他們以不同的方式發(fā)展了類似的結(jié)構(gòu)。大自然有點(diǎn)推動(dòng)他們這樣做是有原因的;他們正在填補(bǔ)一個(gè)特定的利基市場(chǎng)。”

該報(bào)告首次描述了真菌中的纖維素體結(jié)構(gòu)，并指出真菌通過一種稱為“水平基因轉(zhuǎn)移”的過程從細(xì)菌中“偷走”了一些部分。O'Malley將其描述為“與室友一起生活并養(yǎng)成一些習(xí)慣。真菌和細(xì)菌以不同方式進(jìn)化這些機(jī)器，但沿途真菌從細(xì)菌中取出了他們喜歡的東西。這也是不同尋常的，特別是考慮到在生命樹上，甚至原始的厭氧真菌，就像在這項(xiàng)研究中接受基因組測(cè)序的三種，在進(jìn)化上更接近人類而不是細(xì)菌。這使得這種水平基因轉(zhuǎn)移的實(shí)例“新穎，因?yàn)樗翘h(yuǎn)，“奧馬利說。

了解新發(fā)現(xiàn)的復(fù)合物使我們更好地了解纖維素如何轉(zhuǎn)化為糖。“從生物技術(shù)的角度來看，這為我們提供了嘗試建造類似復(fù)合物的配方，然后可以設(shè)計(jì)這種復(fù)合物以更有效地分解廣泛存在的作物廢棄物，”O'Malley指出。“這是增值生產(chǎn)的全部理念：你采取人們之前就會(huì)燃燒的東西，然后使用這些酶機(jī)器從中提取糖，然后將其喂給微生物，這些微生物可以為我們制造食物。這些真菌復(fù)合物可用于設(shè)計(jì)完全合成的裝配線，以建造新型化學(xué)品和藥品。“

該研究的關(guān)鍵過程之一是將真菌酶的基因組組裝與其他生物量降解微生物的基因組組合進(jìn)行比較，這只有通過基因組測(cè)序技術(shù)的最新突破才有可能實(shí)現(xiàn)，

Gilmore回憶起在觀察序列而不是物理蛋白質(zhì)時(shí)有'哇'時(shí)刻：“當(dāng)我們得到序列時(shí)，我做的第一件事是按大小排序，在頂部你可以看到一個(gè)大的，未表征的蛋白質(zhì)我想，'這不可能是正確的。'“

“我們?cè)?jīng)想過要找這樣的東西，因?yàn)槲覀冎烂副仨毥M裝成某種東西，”奧馬利補(bǔ)充說，“但我們不知道該尋找什么，除了那東西應(yīng)該是大而重復(fù)的在結(jié)構(gòu)上。

“找到東西很酷，工程師很少見，”奧馬利補(bǔ)充道。我很自豪我們的研究試圖平衡發(fā)現(xiàn)和工程方面的努力。并且研究不尋常的微生物提供了這樣做的途徑。“