Микробы разрушители



Cellulomonas Bacteria

Царство: бактерии.

Тип: актинобактирия

Класс: актинобактерии

Порядок: актиномециалис

Подпорядок: микрококкины

Семейство: целюломонадециоды

Род: Целлюломонас

Cellulomonas - род грамположительных стержнеобразных бактерий, из «семьи» актинобактерий. Одной из основных отличительных особенностей, является их способность разрушать целлюлозу, с использованием бактериальных ферментов, таких как эндоглюканаза и экзоглюканаза.

Исследование показало, что фотосинтез производит до 1,510 тонн сухого растительного материала на Земле каждый год. Это огромное количество растительного материала в основном состоит из растительных клеточных стенок, «сотканных» из полимеров лигнина, целлюлозы, гемицеллюлозы и пектина. Разрушение этих огромных количеств полимеров клеточных стенок растений осуществляется микроорганизмами, наиболее значимыми из которых являются аэробные бактерии Целлюломонас. Эта бактерия использует ряд экссудатов, содержащих ферменты, которые специализированно результативны при разрушении стенок из целлюлозы. Бактерии используются в производстве одноклеточного белка и ксиланазы.

Cellulomonas была одной из первых бактерий, чью последовательность ДНК изучили. Поэтому это одна из наиболее исследованных бактерий.

Разрушение клеточных стенок, является одним из самых важных явлений в ферментационной и бактериальной активности.

Понимание процесса разложения помогло бы многим процессам в целлюлозно-бумажной отрасли промышленности. Уже найдены штаммы микроорганизмов, выдерживающих большие концентрации щелочи и продолжающих расщепляет целлюлозу.

Единственный и действительно практичный способ иметь биотопливо из обильного вторичного сырья – это заполучить разрушитель или деструктор травы, соломы пшеницы и других древесных растений, чьи клеточные стенки состоят из лигно-целлюлозы.

После предварительной обработки, по удалению лигнина, целлюлозы и гемицеллюлозы, массу ферментируют спирт-производящими микроорганизмами, для образования био-топлива.

«Каждый дополнительный шаг в процессе добавляет цент к стоимости готового продукта», говорит Майкл Коэн, профессор биологии в Департамент энергетики США Национальной лаборатории Лоренса Беркли. Но такая обработка бактериями может повысить эффективность и снизить стоимость переработки био-топлива. «Разновидности бактерий мы тестируем, дабы объединить два важных шага в переработке, в один».

Коэн нашел уникальный штамм бактерий в необычной и изолированной части Калифорнии под названием «Кедры», который может переносить высокую щелочность и одновременно разлагать целлюлозу. Расположена эта часть в глубине страны от Тимбер-Коув, в районе «наружного» побережья штата. Глубокие каньоны и скалистые змеевидные барьеры, все, кроме невидимых с нескольких общественных дорог, создают «биологически обособленный остров», в котором живут живые существа, которые редко встречаются в других местах. Эродирующая серпантинная скала в кедрах создает сильнощелочные источники почвенного раствора. Лигнин в растительном веществе, попадающем в эти источники, подвергается воздействию щелочности, тогда как алкалоустойчивые штаммы Cellulomonas и других микроорганизмов разрушают целлюлозу и обрабатывают сахара.

Метаболизм этой бактерии

Cellulomonas имеет либо окислительный, либо ферментативный обмен веществ. Большинство типов производят обмен, как в аэробных, так и анаэробных условиях, получая кислоты из глюкозы, мальтозы, сахарозы, ксилозы и лактозы.

Cellulomonas способна гидролизовать целлюлозу (на целлюлазы), крахмал и желатин. Кроме того, эти бактерии разлагают нитраты до нитритов и производят ДНКазы.

Микробное разложение соединения целлюлоза

Молекулы целлюлозы представляют собой цепочки молекул глюкозы. Основной единицей является дисахарид целлобиоза. Целлюлоза состоит из аморфных (неупорядоченных) и упорядоченных (кристаллических) единиц.

Целлюлазы разлагаются (гидролизуются) ферментами. Они связаны с клеточной поверхностью Cellulomonas, так что продукт растворённый, то есть полученный разложением, может быть быстро поглощён бактерией. Есть два основных типа целлюлаз: ферментный комплекс прочно соединенный с бактерией, и другой, свободно расположенный во внеклеточном пространстве. Целлюлазы образуют целое семейство фермента.

Cellulomonas flavigena применяет оба метода. Целлобиозы и глюкозы, наконец, впитываются в клетку.

Микробное разложение соединения гемицеллюлоза

Гемицеллюлоза представляет собой щелочной растворимый полисахарид, и состоит из трех основных компонентов сахара (ксиланы, маннаны, галактановых соединения), и многих боковых групп, таких как ацетил, метил и уроновая кислота.

Гемицеллюлоза, легко разлагаемая и водорастворимая, не схожая с целлюлозой, так как она обеспечивается более короткой цепью связей, менее разветвленной, и не является «кристаллической». Для отщепления её боковых групп, необходимы другие ферменты, чем для целлюлозы. Основные продукты деградации: р -D - ксилюлоза и дисахарид ксилобиозы.