Los hongos intestinales herbívoros son muy prometedores. Solo pregúntale a Michelle O'Malley.
"La mayor parte de lo que hacemos que resuena con el público es sacar microbios extraños e inesperados del ambiente", dijo la profesora asistente de ingeniería química en la Universidad de California en Santa Bárbara. A menudo, el ambiente del que habla es el intestino de unherbívoro grande, como una vaca, un caballo o un animal de zoológico. Ahí es donde ella y sus colegas de investigación han descubierto organismos que pueden ser diseñados para satisfacer las necesidades humanas.
en hallazgos publicados en la revista Microbiología de la naturaleza O'Malley y más de 20 co-investigadores describen un nuevo complejo de enzimas descubiertas en hongos intestinales herbívoros que pueden tener aplicaciones en combustibles y químicos sostenibles. El artículo se titula "Una lista de partes para celulosomas fúngicos revelados por genómica comparativa"."
Las enzimas son las potencias detrás de la química biológica, y los hongos descubiertos por el grupo de O'Malley Anaeromyces robustus llamado así por la ballena gris, parcialmente basado en cómo se ve bajo el microscopio - tienen características inusuales y deseables, particularmente la capacidad de transformar la lignocelulosa de las plantas en azúcares.
En la estructura única de A. Robustus , las enzimas individuales se agrupan como una especie de gran masa o armazón de proteínas, llamado celulosoma, de modo que se adhieren entre sí y se acumulan, algo así como lo hacen los Legos. Una estructura en las enzimas, una dockerina, permite que la enzimapara conectarse al mecanismo de andamiaje. El resultado, explicó O'Malley, es que toda la estructura "pega las enzimas para lograr el máximo impacto para descomponer las partes no alimentarias de las plantas". Este proceso contrasta fuertemente con la forma en quela industria logra lo mismo, confiando en mezclas de enzimas que flotan libremente para descomponer la biomasa.
Ese método podría marcar la diferencia en las plantas de biocombustibles celulósicos, que producen etanol a partir de productos de desecho - cáscaras de maíz y mazorcas - en lugar de granos comestibles, un avance importante para abordar la compensación del uso de tierras agrícolas para cultivar maíz como combustible en lugar depara alimentos ". Según nuestra evidencia preliminar, las enzimas que estamos estudiando tienen el potencial de ser mejores para uso industrial que las que se usan ahora", dijo Sean Gilmore, un estudiante de doctorado en el laboratorio de O'Malley y un co-autor del artículo, que también identificó las nuevas enzimas mientras examinaba los genomas de los nuevos hongos.
En la producción actual de biocombustibles celulósicos, O'Malley explicó: "Debe tener varios 'sabores' diferentes de enzimas para obtener el producto final que desea. Cada enzima tiene un trabajo diferente. Esas enzimas se agregan como una especie de mezcla de cóctel, y se encuentran aleatoriamente entre sí para crear los reactivos necesarios. Lo que es diferente de las estructuras que hemos identificado es que las enzimas están atadas, por lo que las reacciones y sus productos se mueven a lo largo de una línea de ensamblaje, expandiendo su actividad para lograr el máximo impacto.que sucede por suerte "
Se encuentran estructuras que funcionan de manera similar en las bacterias, pero son bastante diferentes en ese entorno. "El principio es el mismo, pero la maquinaria es completamente diferente", dijo O'Malley.
"Sugiere que evolucionaron independientemente unos de otros, hacia el mismo propósito de descomponer el material celulósico", agregó Gilmore. "Comenzaron desde diferentes lugares evolutivamente pero ocupan el mismo tipo de ambiente, por lo que desarrollaron estructuras similares de diferentes manerasLa naturaleza los ha empujado de esa manera por una razón; están llenando un nicho específico "
Este informe es el primero en describir estructuras de celulosomas en hongos, y en notar que los hongos han "robado" algunas de las partes de las bacterias, a través de un proceso llamado "transferencia horizontal de genes". O'Malley lo describió como similar a "viviendo con un compañero de cuarto y aprendiendo algunos de sus hábitos. Los hongos y las bacterias desarrollaron estas máquinas de manera diferente, pero en el camino los hongos tomaron algo que les gustó de la bacteria. Eso también es inusual, especialmente dado que en el árbol dela vida, incluso los hongos anaeróbicos primitivos, como los tres que se sometieron a la secuenciación del genoma en este estudio, están evolutivamente mucho más cerca de los humanos que de las bacterias. Eso hace que esta instancia de transferencia horizontal de genes sea "novedosa, porque es un salto largo", dijo O'Malley.
Comprender los complejos recientemente identificados nos da una mejor comprensión de cómo la celulosa se convierte en azúcar ". Desde una perspectiva biotecnológica, eso nos da una receta para tratar de construir complejos similares que luego podrían ser diseñados para descomponer de manera más eficiente el cultivo ampliamente disponibledesperdicio ", señaló O'Malley." Es toda la idea de la producción de valor agregado: se toma algo que la gente simplemente quemaría antes y luego se usan estas máquinas enzimáticas para extraer azúcar, que se alimenta a los microbios, que luego pueden producircosas para nosotros. Además, el conocimiento de estos complejos fúngicos podría aplicarse para diseñar líneas de ensamblaje completamente sintéticas para construir, por ejemplo, nuevos productos químicos y farmacéuticos ".
Uno de los procesos clave en la investigación fue comparar los ensamblajes del genoma de las enzimas fúngicas con los de otros microbios que degradan la biomasa, hecho posible solo por los recientes avances en las técnicas de secuenciación del genoma
Gilmore recuerda haber tenido el momento 'Wow' mientras miraba las secuencias en lugar de la proteína física: "Cuando recuperamos la secuencia, lo primero que hice fue ordenar por tamaño, y en la parte superior se podía ver una gran,proteína no caracterizada. Pensé, 'Eso no puede ser correcto' "
"Habíamos pensado buscar algo como esto, porque sabíamos que las enzimas tenían que ensamblarse en algo", agregó O'Malley, "pero no sabíamos qué buscar aparte de eso, la cosa probablemente debería ser grandey repetitivo en estructura.
"Es genial encontrar cosas, y es raro para los ingenieros", agregó O'Malley. Estoy muy orgulloso del hecho de que nuestra investigación intenta equilibrar los esfuerzos en descubrimiento e ingeniería. Y trabajar en microbios inusuales ofrece una ruta paraHaz eso."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Santa Bárbara . Original escrito por James Badham. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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