Energia z grzyba

| Nauki przyrodnicze

W dobie kończących się zasobów ropy naftowej każdy pomysł na poszukiwanie alternatywnych źródeł energii jest na wagę złota. Jednym z możliwych rozwiązań tego problemu jest pozyskiwanie energii z celulozy, wytwarzanej w przyrodzie w astronomicznych wręcz ilościach. Do tej pory największy problem z jej wykorzystaniem polegał jednak na tym, że nie znano dostatecznie dokładnie organizmów, które byłyby w stanie rozkładać ten cukier. Badania wykonane przez naukowców z Laboratorium w Los Alamos oraz Połączonego Instytutu Badania Genomu przy amerykańskim Departamencie Energii rzucają nowe światło na jednego z potencjalnych wytwórców energii.

Badania dotyczyły wyjątkowo "żarłocznego" grzyba z gatunku Tricoderma reesei. W naturze jednym z najważniejszych źródeł energii jest dla tego organizmu zawarta we włóknach roślinnych celuloza, która ulega strawieniu dzięki wydzielanemu do otoczenia enzymowi - celulazie. Badacze spekulują, że oprócz roślin możliwe byłoby wykorzystanie jako "paliwa" także niektórych rodzajów odpadów komunalnych, co pozwoliłoby na wydajne wytwarzanie energii przy jednoczesnym zmniejszeniu objętości składowanych śmieci. Skłoniło to naukowców do dokładniejszego zbadania fizjologii wspomnianego grzyba.

Okoliczności odkrycia T. reesei mają niewiele wspólnego z optymizmem, który dziś towarzyszy jego potencjalnemu zastosowaniu w gospodarce człowieka. Początkowo był uznawany za plagę, gdyż w czasie II wojny światowej powodował znacznie przyśpieszony rozkład tkanin, z których uszyte były m.in. mundury i namioty wojskowych. Dopiero po latach postanowiono zbadać możliwość jego wykorzystania do kontrolowanego rozkładu celulozy, by w ten sposób uzyskać energię.

Badacze postanowili określić czynniki, które zadecydowały o zdolności grzyba do wyjątkowo intensywnego rozkładu celulozy. Analizy genetyczne wykazały, ku zaskoczeniu samych naukowców, że T. reesei dysponuje znacznie mniejszą liczbą genów odpowiedzialnych za odżywianie się włóknami roślinnymi niż jego odżywiający się podobnie krewniacy. Z drugiej jednak strony zauważono, że organizm ten posiada wyjątkowo wydajny mechanizm sekrecji, czyli wydzielania enzymu do środowiska. Jest to bardzo ważne, gdyż z uwagi na ogromny rozmiar cząsteczek celulozy niemożliwe jest jej trawienie wewnątrz komórek - konieczne jest rozłożenie celulozy pozakomórkowo, a następnie pobranie powstających produktów rozpadu. Na dodatek geny odpowiedzialne za syntezę celulazy są najprawdopodobniej ułożone w tzw. kasetach, czyli sterowanych wspólnie grupach. Zapewnia to synchronizację związanych z określonym zadaniem procesów, dzięki czemu wydajność (oraz w konsekwencji przydatność w przemyśle) takiego systemu wzrasta.

Według wizji badaczy, proces wytwarzania energii z celulozy zachodziłby dwustopniowo. Na pierwszym etapie do roztworu zawierającego celulozę (a więc np. do odpadów rolniczych, komunalnych itp.) byłaby dodawana wyizolowana i oczyszczona z T. reesei celulaza. W efekcie po pewnym czasie doszłoby do rozkładu celulozy na znacznie bardziej przyswajalną glukozę. W tym momencie do komory dodawane byłyby znane doskonale drożdże piekarskie Saccharomyces cerevisiae. Dzięki ich aktywności możliwe byłoby wytworzenie etanolu z uwolnionej uprzednio glukozy. Alkohol byłby następnie oczyszczany przez prostą destylację, stając się bardzo wydajnym biopaliwem.

Odkrycie Amerykanów może stać się ważnym krokiem naprzód w realizacji idei wykorzystania glukozy do celów energetycznych. Pomysł użycia tego cukru nie jest nowy, lecz przez długi czas brakowało odpowiednio wydajnych metod pozyskiwania z niej użytecznej dla ludzi energii. Teraz, gdy poznano szczegóły fizjologii T. reesei, wzrasta szansa na ujarzmienie energii ukrytej w wiązaniach chemicznych wewnątrz cząsteczek celulozy. Zdobyta wiedza będzie też z pewnością pomocna przy próbach wyhodowania jeszcze wydajniejszych szczepów tego wyjątkowego grzyba.

Szczegółowe wyniki badań zostały opublikowane w najnowszym numerze czasopisma Nature Biotechnology.

Autor:

Źródło: Bio-medicine.org

grzyb Tricoderma reesei energia celuloza rozkład glukoza celulaza drożdże piekarskie Saccharomyces cerevisiae