En ny studie ledd av forskare vid Department of Energy's Joint BioEnergy Institute (JBEI), baserad på Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), visar vikten av mikrobiella samhällen som en källa till stabila enzymer som kan användas för att omvandla växter till biobränslen.

Studien, nyligen publicerad i tidskriften Naturens mikrobiologi , rapporter om upptäckten av nya typer av cellulaser, enzymer som hjälper till att bryta ner växter till ingredienser som kan användas för att tillverka biobränslen och bioprodukter. Cellulaserna odlades från en mikrobiom. Att använda en mikrobiell gemenskap avviker från den metod som vanligtvis används för att använda isolerade organismer för att erhålla enzymer.

Forskarna studerade först det mikrobiella menageriet som finns i några koppar kommunal kompost. Metagenomisk analys vid DOE Joint Genome Institute (JGI) av mikrobiomet hjälpte till att avslöja att 70 procent av den enzymatiska aktiviteten härrörde från cellulaser producerade av ett kluster av oodlade bakterier i komposten. De fann att enzymerna lätt bröt ner cellulosan i växtbiomassa till glukos vid temperaturer upp till 80 grader Celsius.

"Här odlar vi en hel gemenskap av mikrober för att få tillgång till enzymer som vi inte kunde få från isolat, " sade studiens huvudutredare Steve Singer, senior forskare vid Berkeley Labs Biological Systems and Engineering Division och chef för Microbial and Enzyme Discovery vid JBEI. "Vissa mikrober är svåra att odla i ett labb. Vi odlar mikrober som lever i samhällen, som de förekommer i det vilda, vilket gör att vi kan se saker vi inte ser när de är isolerade. Detta öppnar upp möjligheten att upptäcka nya typer av enzymer som bara produceras av mikrober i samhällen."

Bakteriepopulationen, Kandidat Reconcilibacillus cellulovorans, gav cellulaser som var arrangerade i anmärkningsvärt robusta kolhydrat-proteinkomplex, en struktur som aldrig tidigare observerats i isolat. Stabiliteten hos de nya cellulaskomplexen gör dem attraktiva för applikationer inom biobränsleproduktion, sade studieförfattarna.

"Enzymerna kvarstår, även efter en nedgång i bakteriemängd, sa Singer, som jämförde det mikrobiella samhället med surdegsförrätter fermenterade från vildjäst och vänliga bakterier. "Vi höll igång den mikrobiella gemenskapsodlingen i mer än tre år i labbet."

Denna stabilitet är en viktig fördel jämfört med andra cellulaser som bryts ned snabbare vid hög temperatur, sa forskarna.