Hace veinte años, el microbiólogo Barry Goodell, ahora profesor en la Universidad de Massachusetts Amherst, y sus colegas descubrieron un sistema único que algunos microorganismos usan para digerir y reciclar madera. Ahora se han identificado tres órdenes de "hongos de pudrición marrón" que puedendescomponen la biomasa, pero se desconocen los detalles del mecanismo.
Ahora, utilizando varias herramientas de investigación complementarias, Goodell y sus colegas informan nuevos detalles de este mecanismo inesperado en funcionamiento, uno que sorprendentemente no involucra enzimas, los aceleradores habituales de reacciones químicas. En su lugar, los hongos de pudrición marrón Basidiomycota, utilizan un mecanismo no enzimático, método de biocatálisis mediado por quelantes que es "muy diferente al utilizado por cualquier otro microorganismo estudiado", dice. Los quelantes son compuestos orgánicos que se unen a iones metálicos y, en este caso, también generan "radicales hidroxilo" para descomponer la madera yproducen productos químicos básicos simples.
Descrito por colaboradores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge como "un cambio de paradigma en la comprensión de la biocatálisis de hongos para la conversión de biomasa", los hallazgos aparecen en la edición actual de Biotechnology for Biofuels.mecanismo que tiene un uso potencial en biorrefinerías para 'deconstruir' biomasa leñosa para convertirla en productos químicos de plataforma para biopolímeros o productos energéticos ".
Los hongos de pudrición parda aparecen en los hemisferios norte y sur y son algunos de los hongos de descomposición más comunes en América del Norte. Debido a que evolucionaron relativamente recientemente, hay menos especies de podredumbre parda en comparación con las especies de podredumbre blanca más antiguas. "Sin embargo, debido asu eficiencia en la degradación de la madera, los hongos de la podredumbre parda han llegado a dominar, particularmente en las maderas blandas degradadas ", dice Goodell, y ahora dominan al reciclar aproximadamente el 80 por ciento del carbono de la biomasa de madera blanda en el mundo, que se encuentra principalmente en los grandes bosques del nortehemisferio.
Goodell señala que la mayoría de los microorganismos usan enzimas para descomponer compuestos, pero las enzimas son moléculas enormes y fisiológicamente "caras" de producir porque contienen mucho nitrógeno ". Los científicos solían pensar que estos hongos harían agujeros en la pared celular quedejaría entrar las grandes enzimas ", señala, una especie de modelo de pretratamiento." Pero como explicamos aquí, no es así como funciona ".
"Los hongos que estudiamos utilizan un sistema Fenton no enzimático, mediado por un quelante catalítico, en su lugar, un proceso muy simple que utiliza peróxido de hidrógeno, también generado por el sistema fúngico, y hierro que se encuentra en el medio ambiente", dice Goodell.Agrega que él y sus colegas creen que la eficiencia del hongo de la pudrición marrón proviene del uso del sistema Fenton mediado por quelantes en lugar del uso de enzimas exclusivamente, como lo hacen los hongos de la pudrición blanca.
Goodell señala: "Este grupo de hongos de podredumbre parda descubrió cómo generar radicales hidroxilo a distancia, es decir, lejos del hongo, para mantenerlos alejados para que los radicales no se dañen al descomponer la madera". HydroxylLos radicales son muy dañinos para las células, los agentes oxidantes más potentes conocidos en los sistemas biológicos.
Para este trabajo, Goodell y sus colegas, incluido su colaborador Jody Jellison, ahora director del Centro de Agricultura, Alimentos y Medio Ambiente en UMass Amherst, utilizaron un conjunto de métodos de investigación que incluyen dispersión de neutrones de ángulo pequeño SANS, generación de frecuencia de suma SFG, análisis de infrarrojos por transformada de Fourier FTIR, difracción de rayos X XRD, microscopía de fuerza atómica AFM y microscopía electrónica de transmisión TEM para describir completamente el proceso.
Goodell dice: "Estos hongos producen una cantidad limitada de enzimas, pero entran en juego después de la conversión de la acción no enzimática por parte de los hongos usando quelantes. Los quelantes son metabolitos secundarios, cuya función no se puede seguir fácilmente usando 'ómicos'técnicas como la genómica. Sin embargo, utilizando muchas técnicas avanzadas, vimos que algunos compuestos muy pequeños y de bajo peso molecular se estaban abriendo camino hacia la pared celular. Este nuevo artículo describe cómo ".
Goodell y Jellison relatan un proceso que comienza con los hongos en la luz, el espacio hueco que se encuentra dentro de las células vegetales. Usando sus hifas, filamentos de crecimiento filiformes, los hongos luego montan un ataque bioquímico en los componentes de las células de la madera.
Como explica Goodell, "Este grupo de hongos desarrolló una forma de descomponer el sustrato de madera al difundir primero quelantes en la pared celular. El hongo produce el quelante y produce peróxido de hidrógeno a partir del oxígeno, y juntos comienzan a digerir la pared celular.en el azúcar que se encuentra en el componente básico de la madera, la glucosa, que el hongo puede usar como alimento. Así es como estos hongos se comen la madera ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Massachusetts en Amherst . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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