31.05.2012

Топливо из растений: грибы-паразиты на службе у людей

С ростом цен на ископаемое топливо по всему миру исследователи ищут пути решения энергетической проблемы в эндофитных грибах – микроорганизмах, живущих внутри растений, пишет Livescience.

Изучая эндофитов и уникальные продукты их жизнедеятельности, Гэри Стробел из Государственного университета Монтаны и его коллеги совершили открытие, которое в будущем сможет значительно изменить способы получения горючих материалов. В недавнем исследовании Стробел детально рассмотрел эндофит, известный как гипоксилон, и выделил летучие органические соединения, которые он производит, а также определил его антибактериальную активность и генетическое строение. Гипоксилон и подобные грибы часто можно найти в тропических и субтропических растениях, а генерируемые ими летучие органические соединения можно использовать как горючее вещество или топливные добавки.

Живущие в растениях

Эндофиты могут жить в тканях растений, не причиняя явного вреда. В некоторых случаях они способны даже обеспечивать некоторые преимущества, такие как защита от вредных бактерий или патогенных грибов. Ученые обнаружили, что эндофиты производят биологически активные продукты, которые могут стать полезными в медицине, промышленности или энергетике.

Стробел получил образец гипоксилона из ветви вечнозеленого растения, обитающего на Канарских островах, под названием персея индийская и вырастил его в лаборатории для воспроизводства гриба и проведения опытов, идентифицирующих этот организм. Используя сканирующий электронный микроскоп, светолучевую микроскопию и молекулярные тесты, ученым удалось подтвердить природу гриба.

Исследователи изучили ингибирующие свойства соединений, производимых грибом, чтобы определить, использует ли гипоксилон эти вещества для защиты своего хозяина от патогенных микроорганизмов. Ученые подвергли культуры гипоксилона возрастом три, четыре, пять, шесть и семь дней действию 10 различных патогенных грибов.

Результаты показали, что летучие органические соединения не только обеспечивают антибактериальное действие, но есть также и определенный возраст, когда они наиболее эффективны. В этом исследовании шестидневные культуры продемонстрировали максимальную защиту от 8 из 10 патогенных микроорганизмов. Ингибирующие свойства летучих органических соединений поддерживают идею, что этому грибу удалось сохранить экологическую нишу именно благодаря защите, которую он обеспечивает.

Странные соединения

Значительную роль играет также и ассортимент летучих органических соединений, производимых гипоксилоном. Одно важное вещество, известное как 1,8-цинеол, имеет особенную структуру, благодаря которой оно может использоваться как топливо. Это соединение и большинство других, производимых гипоксилоном, классифицируются как монотерпены или их производные.

«Монотерпены представляют собой отличное горючее, - объясняет Стробел. – В действительности этанол – это ужасное топливо, так как он может вызывать проблемы с двигателем, малоэффективен в энергетическом плане и производится путем дрожжевого брожения. Дрожжи используют только сахар и крахмал, а их источниками являются также продукты питания людей и животных. Эндофиты, такие как гипоксилон, могут использовать сельскохозяйственные, лесные и городские отходы, отлично расти и при этом производить моноторпены, включая цинеол».

Особые ферменты

Специальные ферменты, используемые гипоксилоном для производства 1,8-цинеола, запускают комплексные химические процессы, которые сложно воссоздать в лаборатории, а потому и трудно адаптировать для массового производства монотерпенов в энергетических целях. Изучение этого процесса может открыть новые пути создания гриба с большей выработкой углеводородов.

«Биологическими путями производства монотерпенов можно оперировать в промышленных масштабах либо стандартными микробиологическими методами, включающими мутационную генетику, либо использованием биоинженерии», - отмечает Стробел.

Департамент энергетики США одобрил проект, направленный на изучение биологических методов производства монотерпенов.

Улучшение альтернативного топлива

А пока Стробел и его коллеги предпринимают такие действия:

• Они разработали метод улавливания летучих органических соединений во время процесса брожения грибов с целью дальнейшего изучения и извлечения возможной пользы. Улавливание обеспечивается при помощи стальной трубы, содержащей материалы для захвата соединений на основе углеводорода.
• Ученые увеличили объемы выращивания гриба в лаборатории при помощи введения его в картофель/декстрозный бульон и использования обычных процессов брожения.
• Основываясь на особых высокопродуктивных свойствах грибов, исследователи увеличили объем производства летучих органических соединений, что стало дополнительным доказательством возможности массового производства.
• Ученые собрали достаточно грибковых углеводородов и создали бензиновую смесь, которой в конце 2011 года хватило для запуска двигателя.

Источники:

1. facepla.net