Een nieuwe studie onder leiding van onderzoekers van het Joint BioEnergy Institute (JBEI) van het Department of Energy, gevestigd in het Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), toont het belang aan van microbiële gemeenschappen als bron van stabiele enzymen die kunnen worden gebruikt om planten om te zetten in biobrandstoffen.

De studie, onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Microbiologie , rapporten over de ontdekking van nieuwe soorten cellulasen, enzymen die helpen planten af ​​te breken tot ingrediënten die kunnen worden gebruikt om biobrandstoffen en bioproducten te maken. De cellulasen werden gekweekt uit een microbioom. Het gebruik van een microbiële gemeenschap wijkt af van de benadering die doorgaans wordt gevolgd om geïsoleerde organismen te gebruiken om enzymen te verkrijgen.

De wetenschappers bestudeerden eerst de microbiële menagerie die aanwezig is in een paar kopjes gemeentelijke compost. Metagenomische analyse bij het DOE Joint Genome Institute (JGI) van het microbioom hielp onthullen dat 70 procent van de enzymatische activiteit afkomstig was van cellulasen geproduceerd door een cluster van niet-gecultiveerde bacteriën in de compost. Ze ontdekten dat de enzymen de cellulose in plantaardige biomassa gemakkelijk afbreken tot glucose bij temperaturen tot 80 graden Celsius.

"Hier kweken we een hele gemeenschap van microben om toegang te krijgen tot enzymen die we niet konden krijgen van isolaten, " zei hoofdonderzoeker Steve Singer, senior wetenschapper in de Biological Systems and Engineering Division van Berkeley Lab en directeur van Microbial and Enzyme Discovery bij JBEI. "Sommige microben zijn moeilijk te kweken in een laboratorium. We kweken microben die in gemeenschappen leven, zoals ze in het wild voorkomen, waardoor we dingen kunnen zien die we niet zien als ze geïsoleerd zijn. Dit opent de mogelijkheid om nieuwe soorten enzymen te ontdekken die alleen door microben in gemeenschappen worden geproduceerd."

De bacteriële populatie, kandidaat Reconcilibacillus cellulovorans, leverde cellulasen op die waren gerangschikt in opmerkelijk robuuste koolhydraat-eiwitcomplexen, een structuur die nog nooit eerder in isolaten is waargenomen. De stabiliteit van de nieuwe cellulasecomplexen maakt ze aantrekkelijk voor toepassingen in de productie van biobrandstoffen, zeiden de auteurs van de studie.

"De enzymen blijven bestaan, zelfs na een afname van het aantal bacteriën, " zei zanger, die de microbiële gemeenschap vergeleek met zuurdesemstarters gefermenteerd uit wilde gist en vriendelijke bacteriën. "We hebben de teelt van microbiële gemeenschappen meer dan drie jaar in het laboratorium gaande gehouden."

Deze stabiliteit is een belangrijk voordeel ten opzichte van andere cellulasen die sneller worden afgebroken bij hoge temperaturen, aldus de onderzoekers.