Про целлюлозу, биотопливо и коровий желудок | Научные открытия и технические новинки из Германии | DW | 01.09.2011
  1. Inhalt
  2. Navigation
  3. Weitere Inhalte
  4. Metanavigation
  5. Suche
  6. Choose from 30 Languages
Реклама

Наука

Про целлюлозу, биотопливо и коровий желудок

Проблема биотоплива была бы давно решена, если бы дрожжи могли расщеплять целлюлозу. Поскольку это не так, ученые вынуждены искать альтернативные технологии. Большие надежды они возлагают на синтетическую биологию.

Корова

У всех высших растений на нашей планете оболочки клеток состоят главным образом из целлюлозы. В химическом отношении целлюлоза, она же клетчатка, представляет собой биополимер, высокомолекулярный углевод, полисахарид, молекулы которого образованы длинными, соединенными друг с другом множеством водородных связей линейными цепочками из сотен или даже тысяч остатков глюкозы. Целлюлоза буквально напрашивается в качестве сырья для биотоплива, поскольку сельскохозяйственное производство дает из года в год сотни тысяч, а то и миллионы тонн растительных отходов, которые состоят практически из чистой клетчатки. Проблема лишь в том, что целлюлоза плохо поддается расщеплению.

Вильфрид Вебер (Wilfried Weber), профессор Центра по изучению биологических сигнальных процессов (BIOSS) при Фрайбургском университете, говорит: "Если вы собираетесь производить биотопливо не из продовольственного сырья вроде кукурузы, пальмового масла и так далее, то оптимальной альтернативой представляются трава и солома как отход сельского хозяйства, а также древесина. Но с этими видами сырья связана одна проблема: главный энергоноситель в них - целлюлоза. А переработать целлюлозу в жидкое топливо, пригодное, скажем, для заправки автомобиля, очень непросто".

Термиты как альтернатива дрожжам

Во всяком случае, дрожжи, легко осуществляющие спиртовое брожение простых сахаров, с целлюлозой не справляются. Поэтому ученые разных стран активно ищут альтернативные процессы и технологии. Особенно активно работают в этом направлении американцы и немцы. Американский микробиолог, профессор Гари Строубел (Gary Strobel) из университета штата Монтана в Боузмене - изучает обнаруженный в Чили симбиотический гриб Gliocladium roseum, способный расщеплять целлюлозу с образованием этана и других летучих углеводородов; другой - профессор Джаред Ледбеттер (Jared R. Leadbetter) из Калифорнийского технологического института в Пасадене - исследует кишечную микрофлору обитающих в Коста-Рике термитов рода Nasutitermes, способных за считанные месяцы полностью переварить деревянный дом вместе с мебелью.

А специалисты Объединенного института геномных исследований в Уолнат-Крике, штат Калифорния, обратились к крупному рогатому скоту. Ведь хотя жвачные животные - так же, как и люди - не обладают собственными ферментами, способными расщеплять целлюлозу, они тем не менее прекрасно обходятся в качестве корма травой и сеном, то есть практически чистой клетчаткой, и умудряются усваивать ее так, что она вполне удовлетворяет их энергетические потребности.

Метагеномный анализ коровьего желудка

Очевидно, все дело тут в микрофлоре пищеварительного тракта. Именно это и побудило калифорнийских ученых произвести так называемый метагеномный анализ микроорганизмов, населяющих коровий желудок, то есть секвенировать все имеющиеся там нуклеиновые кислоты в надежде обнаружить гены, причастные к расщеплению клетчатки. В общей сложности исследователи идентифицировали в коровьем желудке почти 30 тысяч биомолекул. Теперь ученые надеются, что процессы, происходящие в желудке коровы, удастся воспроизвести в искусственных условиях - сначала в лаборатории, а потом и в крупных промышленных установках по производству биоэтанола. Во всяком случае, это отвечало бы представлениям так называемой синтетической биологии, которая видит свою задачу в том, чтобы по-новому скомбинировать отдельные природные элементы.

Журналисты любят сравнивать такой подход со сборкой самых разных изделий и сооружений из стандартных кирпичиков конструктора Lego. Но на самом деле не все так просто, - говорит Вильфрид Вебер: "До такой легоподобной биологии нам пока, к сожалению, еще очень далеко. Это связано с тем, что биологические компоненты гораздо хуже поддаются стандартизации или переносу из одной среды в другую, чем кирпичики лего или, скажем, электронные компоненты".

Легоподобные биокомпоненты

Ключевую роль в современной синтетической биологии играет база данных в Массачусетском технологическом институте в Кеймбридже близ Бостона. Эта база содержит информацию обо всех имеющихся в наличии биокомпонентах. Их можно заказать, как книги или одежду по каталогу посылторга. Впрочем, и тут есть проблемы. Вильфрид Вебер: "На сегодняшний день этот каталог MIT содержит более 3,5 тысяч биологических компонентов - в основном генов. Это очень ценный ресурс, позволяющий получить все необходимые фрагменты ДНК. К сожалению, описание этих фрагментов часто оставляет желать лучшего. Нам уже не раз доводилось испытывать разочарование, когда мы заказывали там определенные компоненты и получали совсем не то, что указывалось в описании. То есть система контроля качества там пока не на высоте". Но это, конечно, ни в коей мере не ставит под сомнение перспективы синтетической биологии.

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Ефим Шуман

Контекст