Грибы поднимаются на борьбу с пластиком

Муравей листорез (вверху) и подземная сфера грибкового «сада»

Слову lignum близко linum, которым римляне называли растущую в полях «траву». Из ее волокон делали материал, название которого без изменения вошло в русский, где он стал зваться лён. Словесная путаница привела к рождению имени напольного материала – линолеум. Для его получения одна технология использовала опилки, а другая – волокна, остававшиеся после трепания льна. Оставалось только пропитать их быстро сохнущим льняным маслом, состоящим в основном из линолевой и линоленовой кислот. Получали и получают масло – по латыни oleum – из льняных семян, его исстари называют олифой.

Полимеры, как известно, плохо «декомпозируют» в природе. За последние полвека бурного развития производства пластических масс это привело к засорению ими всей планеты. Лигнин тоже плохо «переваривается» в среде, что доказывают отложения в земной коре разных углей.

Вместе с тем лигнин – как и легко сгорающая целлюлоза-клетчатка – прекрасный источник энергии. И это помимо прочего доказывается существованием многочисленных насекомых-листоедов. К ним относятся печально знаменитые колорадский жук и блошки капусты.

«Перерабатывают» растительную пищу и коровы, которые с помощью бактерий в их сложных желудках переводят один полимерный материал в другой – цепочки амино- и жирных кислот, то есть мясо. Считается, что население Земли за ХХ век выросло в четыре раза, вызвав необходимый рост аграрного производства с его гигантским тоннажем мало используемых растительных отходов. К сожалению, этот энергетический источник имеет очень малую плотность.

По мнению специалистов Тихоокеанской Северо-Западной лаборатории в г. Ричлэнд, штат Вашингтон, делу могли бы помочь исследования в области ферментативной декомпозиции-расщепления (переработки) лигно-целлюлозы. Ее сотни миллионов лет осуществляют муравьи листорезы, разбивающие в подземных ходах самые настоящие грибные сады-огороды (fungal gardens). Речь идет о муравьиных симбионтах, представляющих собой белые, или бледные грибки Leucoagaricus gongylophorus.

Сфера сада с продуктами расщепления лигно- целлюлозы с помощью разноцветного грибкового фермента между молекулами.  Иллюстрации Physorg

Картирование слоев осуществлялось с помощью изображений, получаемых при использовании масс-спектрометрии, а также лазерной ионизации получаемых продуктов. Продукты были разные. Дело в том, что основа растительного волокна представлена цепочками «чистой» глюкозы, в то время как их оболочка состоит из лигнина с его кольцами ароматических соединений. Они-то и представляют главный интерес с точки получения энергии.

Анализ метаболитов позволил визуализировать локализацию продуктов расщепления лигнина, что облегчило понимание динамики процесса. Последующая интеграция изменений протеома лишний раз подчеркнула ведущую роль грибковых ферментов в расщеплении лигноцеллюлозы до масштаба микрометров. Деполимеризация микроволокон дает сначала на выходе фенолы и фенилы, которые затем переводятся в смесь из бензоата и ваниллята, а также других не менее ценных соединений с тремя бензольными кольцами. После расщепления колец их углеродные цепочки поступают в так называемый цикл Кребса (трехуглеродных кислот). Их окисление в митохондриях клеток живых организмов дает энергию для синтеза молекул АТФ, основного энергоносителя клеток.

Вполне возможно, что в недалеком будущем рядом с нефтеперерабатывающими заводами начнут строить и те, в реакторах которых генетически модифицированные кишечные палочки будут расщеплять древесные и растительные отходы с помощью грибковых ферментов. И это не какая-то несбыточная футуристическая мечта. В конце концов люди уже тысячи лет используют те же грибки-дрожжи для расщепления глюкозы с получением СО2, поднимающего тесто.