Найден энзим, который может решить проблему биотоплива

Ученые обнаружили фермент, который в несколько раз увеличивает выработку биотоплива из растительного сырья. Возможно, это открытие сделает возобновляемый источник топлива конкурентоспособным в сравнении с нефтью.

Международная группа ученых из VIB and Ghent University (Бельгия), Университета Данди (Великобритания), Института Джеймса Хаттона (Великобритания) и Университета Висконсина (США) обнаружили новый ген, ответственный за процесс биосинтеза лигнина. Это очень важное открытие, поскольку лигнин является единственным препятствием на пути к дешевому биотопливу.

Лигнин является основным компонентом вторичной клеточной стенки растения. Это вещество препятствует эффективной переработке биомассы в топливо. Стенка растительной клетки состоит в основном из лигнина и молекул сахара, таких как целлюлоза. Именно целлюлозу можно преобразовать в глюкозу, которую, в свою очередь, перерабатывают с помощью ферментации в спирт (основу топлива). К сожалению, из-за лигнина сделать это непросто, поскольку лигнин прочно скрепляет молекулы сахара. В природе это обеспечивает жесткость стеблям растений, которые таким образом могут расти вверх. Удаление лигнина требует энергоемких и экологически вредных промышленных процессов, что делает биотопливо дорогим и иногда даже более вредным для окружающей среды, чем нефтяное.

Если бы удалось найти быстрый и дешевый способ удаления лигнина или вывести растения с минимумом лигнина и максимумом быстрорастущей биомассы, то это дало бы мощный толчок прогрессу в области зеленой энергетики.

На протяжении многих лет исследователи изучали пути биосинтеза лигнина в растениях. Международной группе ученых, изучающей данный вопрос на растениях арабидопсис (Arabidopsis thaliana), удалось обнаружить новый фермент, отвечающий за производство лигнина. Этот фермент, названный кафойл шикимат эстеразы (caffeoyl shikimate esterase или CSE), играет центральную роль в биосинтезе лигнина. Отключение гена, ответственного за производство CSE, снижает количество лигнина в растении на 36%. Кроме того, даже тот лигнин, что остается в растении, имеет измененную структуру и легче удаляется из растения. В результате, отключение гена CSE увеличивает эффективность прямого преобразования целлюлозы в глюкозу из предварительно обработанной растительной биомассы в 4 раза: с 18% в контрольных растениях до 78% в CSE-мутантных растениях.

Ученым удалось достичь большого успеха в повышении эффективности преобразования биомассы в топливо. В настоящее время ученые работают над превращением лабораторных экспериментов в промышленный процесс. Технологически это не так сложно, главное получить все разрешения на выращивание генетически модифицированных растений. Скорее всего, первоначально в качестве сырья будут использовать богатые целлюлозой природные быстрорастущие растения, такие как тополь, эвкалипт или просо.