https://frosthead.com

Termiidid ja biokütused

Falk Warnecke uuris läbi paigaldatud luubi ja torkas kergelt väikese veapaki poole. Nad olid surnud - külmunud ja hunnikus jahutatud metallploki peal nagu lusikale kinnitatud kohvipaks. Paari peene otsaga haaratsiga haaras ta ühe putuka selle rindkere alusest ja tõstis selle ploki küljest ära. See oli pruun ja ripsmest vaevalt suurem. Teise tihvtiga näppis ta selle kõhu otsa. Ta puksatas õrnalt ja tõmbas selle kaheks. Läikiv, punakas nöör libises sujuvalt eksoskeletist välja. Warnecke naeratas. "See on termiitide kohta hea asi, " ütles ta paksu saksa aktsendiga. "Sa saad terve soolestiku ühes tükis."

Warnecke ei soovi, et termiidi torustik rebeneks ja selle sisu seguneks. See on sisu, mis teda huvitab. Soolestikus on sibulakambrid, mis on paisunud tohutul hulgal mikroobidega, mida termiidid kasutavad, et lagundada puidust tselluloosi või rohtu, mida putukad tarbivad. Kui ta ei nimeta termiite "armsateks väikesteks loomadeks", viitab ta neile kui "kõndvatele bioreaktoritele" ja peab nende mahlaseid interjööre omamoodi vedelaks kullaks. Praegu huvitab teda ainult nööri suurim pirn, nn kolmas proktodeaalne segment või mikroobide ökoloogia rahvakeelses osas "tagakeha paunch". Selles mikroliitri suuruses sektsioonis - mis on palju suurem kui ümbritsevad soolestiku lõigud ja mida on palja silmaga lihtne eristada - asub selge mikroobide kooslus, mis mõnede arvates võib aidata energiakriisi lahendada.

Californias Walnut Creeki osariigis asuva USA energeetikaosakonna ühise genoomiinstituudi teadur Warnecke on viimasel ajal palju tähelepanu pälvinud oma tööga termiitidega. Putukad muudavad tselluloosi suhkruks märkimisväärselt tõhusalt - see on esimene samm taimedest, näiteks harilikust rohust või paplitest kütuse tootmisel. Teadlased ei saa termiitidega võistelda. Nad võivad laboris tselluloosi tugevad sidemed lahutada, kuid nende kasutatavad ensüümid on metsikult, ülemäära kallid. Seal tuleb Warnecke sisse. Tema uurimistöös on mõnel inimesel tekkinud soov kasta termiidide mikroobide hautisse ja tõmmata välja mõned ensüümid, mis võimaldaksid lõpuks tselluloosist etanooli toota tööstuslikus mahus.

Pingutades sõrmed kõrvale, korjas Warnecke kaks pikka nõela ja lükkas ära termiidi jäsemed ja selgroo. Ta pani soolestiku jaoks tilga puhverlahuse, et see niiske püsiks, ja asus seejärel ründama punnis tagumikku, torkides korduvalt läikivat sibulat, kuni selle sisu välja voolas, ja segati puhvriga, moodustades ensüümide ja tselluloosifragmentide läga. Oma pipetiga imetas ta osa vedelast "puderist" ja pritsis selle plasttorusse. Ta loodab leida puder tselluloosi lagundavaid ensüüme, kuid kõigepealt peab ta välja selgitama, millised soolestikus elavad bakterid neid teevad ja millised tselluloosi seedimisel tegelikult töötavad.

Tööpäevahommikutel, kui ilm on hea, sõidab Warnecke jalgrattaga BART-i rongi ja viib selle Berkeley'st läbi küngaste kallis asuvasse Walnut Creeki äärelinna. Rongijaamas hüppab ta jalgrattaga tagasi ja pedaalib paar miili korrastatud ribaparkidest ja bensiinijaamadest Ühise Geenivaramu Instituudi kirevasse, tööstusparki meenutavasse ülikooli. DOE avas instituudi 1997. aastal, et olla inimese genoomi projekti keskpunkt, mis dešifreeris meie DNA aluspaaride järjestuse. Projekt lõppes 2003. aastal, kuid JGI on endiselt genoomi sekveneerimise ja kaardistamise töö globaalne keskus. Hoone hargnevas laborite ja kontorite labürindis istub ligi sada pesumasina suurust sekveneerimismasinat, mis ootavad kogu maailmas teadlaste poolt siia analüüsimiseks saadetud DNA ja RNA proove.

Warnecke, kes on teeninud doktorikraadi Saksamaal Bremenis asuvas Max Plancki mere mikrobioloogia instituudis, on Walnut Creekis omandanud veelgi haruldasemad teadmised. Ta on osa väikesest mikrobioloogide ansamblist, kes on jätnud agarplaadid suhteliselt uuele metaanomika valdkonnale, milleks on DNA analüüsimine kultiveeritud rakkude asemel otse keskkonnaproovidest, näiteks termite sisikonnast või lusikatäiest ookeani pinnaveest.

USA energeetikaosakonna teadlane Falk Warnecke uurib termiite lootuses aidata energiakriisi lahendada (Julia Olmstead) Puidumassi termiteediga lagundamine on uuritud võimalike uute biokütuste kohta (iStockphoto)

"Mikrobioloogid on arvatavasti alati kahtlustanud, et neil puudub teatav mitmekesisus, " ütles Warnecke. Genoomi järjestamise esimestel päevadel kasvatasid teadlased korraga ühte tüüpi mikroorganisme, seejärel ekstraheerisid ja sekveneerisid nendest rakkudest DNA. Neile oleks mikroobide juhusliku kogumi imetamine otse termiidi kõhu alt välja ja lootus iga üksiku bakteri geneetilist materjali järjestada ja sorteerida oleks tundunud lausa kohutav, kui mitte võimatu.

Warnecke, kes 35-aastasena näeb välja nagu värske näoga Vladimir Putin, peab end laboripingil maadeavastajaks. Tema kaela taga olevad karvad torkavad silma uute ensüümide otsimisega - uute ja väga, väga väikeste territooriumide kaardistamisega. "See on nagu esimene inimene, kes liblikaid nägi, " ütleb ta.

Labnecke hakkas oma labori väljaheites vahetustega tegelema protsessiga, mille ta veetis ülejäänud päeva viimistledes. Ta korrigeeris oma kaitseprille ja latekskindaid, korjas veel ühe termiidi ja alustas uuesti rasvatustamisega. See termiit, Nasutitermes'i korniger, oli nagu teisedki pruun ja tal oli läikiv, soonikkoes kõht. Selle silmadeta ümaral peast oli ülalt välja tõmmatud kaks näpitsat. Nasutitermes perekonna termiidid toituvad kuivast surnud puidust. See oli enne külmutamist ja siia Floridast saatmist olnud töötaja, kasti liige, kelle ülesandeks oli osaliselt leida ja töödelda tselluloos pesa sõdurite toitmiseks ja paljundusmaterjaliks.

Nasutitermes on Warnecke'ile südamelähedane perekond. 2007. aastal perekonnaga läbi viidud metagenoomiline uuring paljastas uue teabe hulga kohta, mis putukate kõhus toimub. Tema ja ta kolleegid mitte ainult ei avastanud varem tundmatuid ensüüme, vaid kinnitasid ka, et niinimetatud "kõrgemate" termiitide klassis sünteesivad tagatihas elavad bakterid neid ensüüme - pelgalt spekulatsioon enne Warnecke uuringut. See teos pälvis talle esmaautorluse mainekas ajakirjas Nature ilmunud paberil . Pärast seda tulid meediahuvi, loengutaotlused ja nüüd Energia Biosciences Institute'i (UC Berkeley uue biokütuseettevõtte BP-ga) 240 000-dollarine toetus, et veeta järgmised kaks aastat termiidi sisikondade uurimisel, seekord kolme erineva rohuga. liigid.

Warnecke suhetes termiitidega on geniaalse kinnisidee märk. Nädalavahetusel jalutuskäikudel Tilkeni pargist Berkeley mägedes libistab Warnecke taskutesse pulgad ja peotäied pehmet metsaprahti. Ta viib prahi tagasi oma korterisse ja puistab selle terraariumisse, kus elab paarsada termiiti, kelle ta on kogunud California metsikust loodusest. Need putukad pole mõeldud eraldamiseks, vaid lihtsalt hooldamiseks. "Ma ei tea tegelikult, mida neid toita, " ütles ta, "aga ma arvan, et nad on õnnelikud." Warnecke on pisikese kohusetundlik kuraator; ta teenib väikseid organisme ja nende mikroskoopilisi sisemeri.

Laboris pühkis Warnecke oma käega hunniku nüüd üles sulatatud termiidi bitti ja viskas need bioohtlikesse prügikasti. Ta oli lõpetanud oma esimese komplekti - viiskümmend tuubi kohta - õlitamise ja läks toa teisel küljel olevast sügavkülmikust värsket kollektsiooni hankima. Ta on nendega vägivaldne, kuid tema kiindumus termiitide vastu on ilmne. Tema töö roheline energiapotentsiaal jätab Warnecke siiski enamasti liikumatuks. Ta arutab rõõmsalt biokütuse teostatavuse üle, kuid ütleb, et teemad ei animiseeri teda.

Ta avas uue termiitide tuubi ja valas väikese hunniku metallplokile. Ta lendaks järgmisel päeval Euroopasse, et pidada akadeemikutele oma termiiditööst kõnelusi, kes soovivad olla tselluloosi lagunemise uurimise esirinnas. "Tore on rakenduslik aspekt ja ma loodan, et see on kasulik panus, " ütles Warnecke, tundudes kogu põnevusega pisut väsinud. "Kuid mind huvitavad ennekõike algteadused, mikroobide mitmekesisus ja sümbioos." Siis korjas ta veel ühe termiidi ja jagas selle kaheks.

Termiidid ja biokütused