Древесина является сильной, в изобилии, и дешевой. Но когда дело доходит до горячей перспективы превращающих деревьев и сельскохозяйственных отходов в источник энергии для автомобилей и грузовиков, мешает древесина. Теперь, ученые говорят, что они нашли возможное решение этой трудности, та, которая могла существенно уменьшить стоимость завтрашнего топлива.Проблемой с древесиной является компонент в своих клеточных оболочках, известных как лигнин, присуждающий жесткость.
Инженеры должны сначала удалить лигнин для получения до сахарно-богатой клетчатки на растениях, которые они ферментируют в основанное на алкоголе топливо. Исследователи искали способы уменьшить сумму лигнина в деревьях и растениях, не вредя их способности вырасти.Это не легкая задача.
Лигнин не походит на другие длинноцепочечные молекулы биопрепарата. ДНК и РНК, например, копируются непосредственно с молекулярных шаблонов. Структура лигнина, в отличие от этого, более случайна. Растения генерируют серию молекулярных стандартных блоков, названных мономерами, которые посылают в сотовые камеры реакции.
Здесь, мономеры соединяют в ветвящихся цепочках. Но точная структура зависит от концентрации отдельных мономеров, варьирующейся немного по различным видам растений. В конечном счете ветвящийся лигнин обертывает вокруг сахарно-богатых волокон клетчатки, составляющих большую часть из растения, усиливая клеточные оболочки и поддерживая подобные трубе суда, транспортирующие еду и воду основа.В течение прошлого десятилетия биохимики растения думали, что знали, что все там должны были знать о шагах, вовлеченных в синтезирование лигнина.
Например, они думали, что в одном ключевом процессе, единственный фермент выполнил два различных рабочих места. Но когда испытания не оказали окончательную поддержку, Уоут Боерджэн, молекулярный генетик в Гентском университете в Бельгии, подозревал, что было больше к истории.
Таким образом, Boerjan и его коллеги управляли генетическими экранами генов, выраженных в Arabidopsis thaliana, небольшое растение, обычно изучаемое в биологических лабораториях. Когда исследователи определили, какие гены были активны на растениях, делавших лигнин, они заметили тот, не идентифицированный как главный в лигниновом биосинтезе, гене для фермента, названного caffeoyl shikimate эстеразой (CSE). Они тогда спроектировали растения Arabidopsis, таким образом, у них не было гена CSE.
Как исследователи сообщают онлайн сегодня в Науке, растения все еще выросли. Но они содержали на 36% меньше лигнина и составляли приблизительно треть, меньшую, чем их неизменные коллеги. Они также не свисали или падали, хотя некоторые их суда для транспортировки еды и воды разрушились. Однако, когда более короткие растения сушились, сократились и обработали, они привели четыре раза к сумме сахарно-богатой клетчатки также, как и неизменные растения.
К тому же, они бросили эту дополнительную клетчатку без дорогой высокой температуры, обрабатывающей обычно требуемый удалить лигнин до ферментирующих биологических топлив.“Это – чрезвычайно ценное наблюдение”, говорит Клинт Чаппл, биохимик в Университете Пердью в Уэст-Лафайетте, Индиана. Работа обеспечивает надежду, что, если тот же метод генного удаления работает в тополях и других зерновых культурах биологического топлива, это могло бы значительно уменьшить стоимость создания топлива, говорит он. Это, в свою очередь, могло устранить потребность в том, чтобы сделать биологические топлива из зерна, сахара и других продовольственных зерновых культур и таким образом уменьшить потребность в использовании главного сельскохозяйственного угодья для роста биологических топлив.
Поскольку лигниновое удаление также требуется при создании бумаги и множества химикатов от растений, новый метод мог уменьшить затраты на эти процессы также, говорит Боерджэн.Боерджэн также предполагает, что измененные лигнином деревья и растения могут быть спроектированы для роста, а также их неизмененные кузены. Когда лигнин уменьшается в судах, транспортирующих еду и воду, растения имеют тенденцию быть чахлыми или не вырасти вообще.
Но другие исследователи ранее показали, что возможно спроектировать растения так, чтобы лигнин остался высоким в судах, но уменьшается в стенах растительной клетки, позволяя этим растениям стать столь же высоким как их неизменные кузены. При помощи генной инженерии для восстановления лигнина судна растения Боерджэн думает, что исследователи могут быть в состоянии произвести растения, кажущиеся столь же высокими и яркими как их неизменные кузены, но которые являются намного легче и более дешевыми для преобразования в биологические топлива, бумагу и химикаты.
Если так, это дало бы растущую экономику на биологической основе, изо всех сил пытающуюся заменить полученные продукты нефти версиями, сделанными из возобновляемых источников энергии, очень нуждался в поддержке.