生物燃料技术直接从农场

大自然已经弄清楚了，如何最好地将食物分解为燃料。现在科学家已经赶上了，表明在山羊，马和绵羊的肠道中发现的真菌也可以帮助填满你的油箱。

研究人员在2月18日的“ 科学 ”杂志上报告 说，这些厌氧肠道真菌的表现与工业设计的最佳真菌一样，能够将植物材料转化为易于转化为燃料和其他产品的糖类。

加州大学圣塔芭芭拉分校的主要作者兼化学工程教授Michelle O'Malley说：“大自然已经将这些真菌设计成具有世界上最大的分解生物质的酶库。”

这些酶 - 由蛋白质制成的工具 - 共同作用来分解顽固的植物材料。研究人员发现，真菌使它们的酶适应木材，草，农业废弃物或任何科学家喂它。研究结果表明，工业可以改变肠道真菌，使它们产生更好的酶，其性能将超过最好的酶，可能导致更便宜的生物燃料和生物基产品。

为了使调查结果，奥马利借鉴了科学(SC)用户设备的能源办公室的两名美国部：环境分子科学实验室 在西北太平洋国家实验室和美国能源部联合基因组研究所。O'Malley的研究是第一个由两个设施合作产生的，名为Facilities Integrating Collaborations for User Science或FICUS。该合作伙伴关系使世界各地的科学家能够利用SC用户设施的能力，更全面地了解基础科学问题。O'Malley的团队还包括来自PNNL，DOE JGI，麻省理工学院和哈佛大学的博士学院以及哈珀亚当斯大学的科学家。

“通过利用相应设施的RNA测序和蛋白质表征能力，我们以其他方式进行先进的生物燃料研究，”DOE JGI用户计划副主席Susannah Tringe说。“该合作计划旨在鼓励并使研究人员能够更轻松地将多个用户设施的专业知识和能力整合到他们的研究中。FICUS为技术基础设施提供一站式购物方式，迅速成为合作的典范。“

除了最新的组学技术和横贯大陆的团队之外，如果没有最卑微的物质，这些发现是不可能的。

公司希望将生物质如木材，藻类和草类转化为燃料或化学品。问题：在植物细胞壁中发现的复杂分子基质 - 木质素，纤维素和半纤维素 - 结合起来形成钢筋混凝土的生物等效物。当工业无法分解这种生物质时，他们会用热量或化学物质对其进行预处理。或扔掉它。这两种选择都会增加成品的成本。

许多农场动物可以毫不费力地分解这些相同的分子，这激发了研究团队的研究。他们的搜索始于圣巴巴拉动物园和马萨诸塞州的一个马厩，在那里他们收集山羊，马和羊的粪便。样品越新越好，因为这个稗子还有生物量食真菌的活标本。

作为世界上第一个含有细胞核的单细胞生物，厌氧肠道真菌自恐龙发生之前就已存在。科学家们早就知道它们在帮助食草动物消化植物方面发挥了重要作用。一个原因与某些真菌的蜂群行为有关。当真菌繁殖时，它们释放出许多带有尾状附属物的孢子，称为鞭毛。这些婴儿真菌像蝌蚪一样游来游去，在肠道里找到新的食物。然后他们将尾巴换成称为菌丝的根状结构，这种结构可以挖掘植物材料。然后叶子成为食物。

O'Malley和她的同事都知道真菌的菌丝会分泌出被称为酶的蛋白质，这些蛋白质可以分解植物材料。与工具箱中的工具一样，酶越多样化，真菌就越能将植物分解并转化为食物。如果工业可以利用这种工具箱来利用真菌，它可以更有效地分解原始生物质。

“尽管它们具有迷人的生物学特性，但厌氧肠道真菌很难分离和研究，”EMSL的生物系统动力学和设计科学主题负责人Scott Baker说。“通过利用EMSL和JGI的尖端科学能力，O'Malley展示了厌氧肠道真菌酶的巨大目录如何促进生物燃料生产。”

为了找到奖品，研究团队需要一张地图。好吧，两张地图。因此，他们用一勺便便，深入研究肠道真菌。

真菌是作物的精华

在科学家手中，肠道真菌产生的酶列表是释放其生物燃料生产潜力的第一步。就像复制宗教文本的修道院中的僧侣一样，信使RNA分子可以转录制造蛋白质所需的遗传信息，包括酶。因此，DOE JGI对几种肠道真菌的mRNA进行测序，得出它们的转录组，它代表了它们可以制造的所有可能的蛋白质。

O'Malley将这一努力与从其作品中重新组装地图进行了比较，但却没有看到完整的画面。由于并非所有蛋白质都是酶，研究人员需要与另一种蛋白质交叉检查。进入EMSL，研究人员在那里创建了第二张地图，该地图确定了真菌实际产生的酶。这种所谓的蛋白质组的作用就像是与JGI图谱相匹配的地标，突出了转录组中的生物量降解酶。

JGI和EMSL的地图共同指出肠道真菌可以产生的宝库。与最多100种酶的工业品种相比，肠道真菌可以产生数百种酶。值得注意的是，这种真菌可以更好地分解木材中的半纤维素，称为木聚糖。当科学家将真菌的饮食从金丝雀草改为糖时，真菌通过改变它产生的酶来应对。换句话说，真菌可以在飞行中更新他们的酶库。

“由于肠道真菌有更多的工具可以将生物质转化为燃料，因此它们可以更快地工作，并且可以用于更多种类的植物材料。这将为生物燃料行业带来许多机会，“O'Malley说，他的研究由美国能源部科学办公室，美国农业部和协作生物技术研究所资助。此外，O'Malley还获得了生物和环境研究计划中DOE科学早期职业生涯奖。最近，她被评为2016年科学家和工程师(PECASE)获得者的总统早期职业奖之一。