В течение многих лет ученых интересовала способность бактерий перерабатывать, казалось бы, неперевариваемые вещества, включая углерод из лигнина — жесткого компонента древесины, который придает растениям прочность. Новое исследование Северо-Западного университета показало, что почвенная бактерия Pseudomonas putida способна полностью перестраивать свой метаболизм, чтобы получать энергию из этого сложного соединения.
Лигнин — второй по распространенности биополимер на Земле после целлюлозы. Его расщепление приводит к образованию фенольных кислот и других соединений, которые могут служить сырьем для биопромышленности.
Чтобы процветать на лигнине, Pseudomonas putida замедляет одни метаболические пути и ускоряет другие, что позволяет извлекать энергию без лишних затрат ресурсов. Это можно сравнить с переездом с главной магистрали на запасные дороги в оживленном городе: углеродные потоки направляются туда, где нет «пробок», а ферменты работают на полную мощность. В результате клетка вырабатывает в шесть раз больше молекул АТФ (основного источника энергии), чем при переработке обычных углеводов.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications Biology, стало первым, в котором предложена количественная «дорожная карта» того, как бактерия координирует метаболизм углерода и производство энергии при переваривании лигнина. Эти данные могут стать основой для создания эффективных микробных фабрик по производству топлива, пластика и ценных химических соединений из растительных отходов.
Ученые использовали протеомику, метаболомику и методы отслеживания углерода, чтобы определить, какие ферменты и метаболические пути активируются при контакте с лигнином. Любые попытки искусственно ускорить отдельные реакции приводили к дисбалансу и снижению эффективности работы клетки. Для биотехнологов важно сначала понять естественные энергетические правила бактерий, прежде чем пытаться «подстегнуть» их работу.
Теперь, обладая точной картой метаболических потоков, исследователи могут разрабатывать более рациональные стратегии использования Pseudomonas putida для переработки лигнина и производства экологичных продуктов.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что ИИ научили разрабатывать новые антибиотики.
