Naturen demonstrerer, hvordan bakterier nedbryder lignin og giver bedre forståelse for at lave biobrændstoffer

Produktion af biobrændstoffer fra plantebiomasse er en meget lovende energikilde, men forskere forsøger at finde mikrober, der let nedbryder genstridig lignin, der findes i plantebiomasse. Nylig omfattende genomisk og metabolomisk analyse af en kendt lignin-nedbrydende bakterie giver indsigt i, hvordan denne nedbrydning udføres.

Fordi det indledende trin i fremstillingen af ​​biobrændstoffer fra plantemateriale er nedbrydningen af ​​kompleks lignocellulose til mere håndterbare "byggesten, " En forståelse af, hvordan naturen opnår dette er kritisk. Resultaterne fra en ny undersøgelse afslører nogle af de grundlæggende værktøjer, som en specifik mikrobe bruger til at nedbryde lignocellulose. Dette arbejde giver indsigt i, hvordan industrielle processer kan opnå nedbrydning under produktion af biobrændstof, og hvordan sideprocesser såsom brintproduktion også kan udnyttes.

Lignocelluloseholdig biomasse repræsenterer næsten 90 procent af tørvægten af ​​det samlede plantebiomassemateriale, og er en sammensætning af cellulose og lignin. Lignin giver stivhed og rådmodstand til cellevægge i træ og bark. Det er et kompleks, tværbundet phenolisk struktur, der gør biobrændstoffer afledt af lignocellulose til en lovende kilde til alternativ energi, forudsat at det genstridige materiale kan nedbrydes og giftige biprodukter kan håndteres. Mikrobielle arter, der vokser i miljøer, hvor kulstof hovedsageligt er tilgængeligt som lignin, er lovende for at finde nye måder at fjerne lignin, der beskytter cellulose for forbedret omdannelse af lignin til brændstofprækursorer.

En kandidatart, der kan bruge lignin til vækst i fravær af ilt, er Enterobacter lignolyticus SCF1, en bakterie isoleret fra tropisk regnskovsjord. Et team af forskere fra University of Massachusetts, Amherst; Santa Maria University i Valparaiso, Chile; og EMSL, Environmental Molecular Sciences Laboratory udførte hel gen-ekspressionsanalyse af E. lignolyticus SCF1 ved hjælp af næste generations sekventering til transkriptomisk analyse. Forsøgene blev udført på celler dyrket i nærværelse af lignin, med prøver taget på tre forskellige tidspunkter under væksten. Kulturer med lignin opnåede to gange cellebiomassen som kulturer dyrket uden lignin, og nedbryde 60 procent af det tilgængelige lignin.

Et komplement af enzymer i overensstemmelse med afbrydelse af de kemiske strukturer til stede i lignin blev opreguleret under lignin-ændrede forhold. Derudover sammenhængen mellem brintproduktion og ligninnedbrydning antyder en mulig værditilvækst til ligninnedbrydning i fremtiden.