الباحثون يحققون اختراقات ميكروبية

مجاملة الأسهم. XCHNG
استخدم العلماء كرش بقرة لتحطيم الهيميسليلوز ، وهو بوليساكريد موجود في النباتات ، إلى سكريات بسيطة.

اكتشف الباحثون لأول مرة كيف تحلل الميكروبات مادة نبات الهيميسليلوز إلى سكريات بسيطة باستخدام بكتيريا كرش البقر كنموذج.

يقول إسحاق كان ، الأستاذ المساعد في قسم علوم الحيوان بجامعة إلينوي وعضو معهد العلوم الحيوية للطاقة في معهد بيولوجيا الجينوم: "هذا بحث رائد". "الآثار واسعة جدًا ، ومع ذلك فقد بدأ كل شيء بميكروب بسيط في الكرش. إنه لأمر مدهش كيف يمكننا استخلاص استنتاجات حول صحة الإنسان وتغذيته ، وإنتاج الوقود الحيوي ، وتغذية الحيوانات بسبب فهمنا الجديد لكيفية عمل الميكروب ".

يقول كان إن كرش البقرة - وهو الأكبر من بين أربع حجيرات معدة للبقرة - هو نموذج ممتاز للدراسة ، حيث إنه أحد أكثر الآلات كفاءة في تفكيك المادة النباتية. تقوم الميكروبات الموجودة في الكرش بتفكيك المادة النباتية إلى جلوكوز وزيلوز لاستخدامها كمغذيات للتخمير والحصول على الطاقة.

استخدم باحثو U of I تسلسل الحمض النووي والنسخ لتحديد جميع إنزيمات الكائن الحي بريفوتيلا بريانتي يستخدم لتفكيك الهيميسليلوز إلى سكريات بسيطة.

يقول كان: "إذا لم تفهم تمامًا ما يحدث ، فلا يمكنك تحسينه". "إن تاريخ U of I القوي في علم الأحياء المجهرية اللاهوائية وعلم الجينوم ، وقد مكّننا التمويل الكبير من EBI من تحقيق هذا الإنجاز. على حد علمي ، كانت هذه هي المرة الأولى التي أظهر فيها أي شخص بشكل منهجي تفكيك هيميسليلوز جدار الخلية النباتية ".

يعد تفكيك الهيميسليلوز أحد أكبر الاختناقات في صناعة الوقود الحيوي. حاليًا ، تمتلك الصناعة ميكروبات يمكنها تخمير السكريات البسيطة وتحويلها إلى وقود سائل ، مثل الإيثانول والبيوتانول. لكنهم كافحوا من أجل تفكيك المواد الأولية ، مثل مخلفات الذرة ، وعشب التبديل ، والأكل.

يقول كان: "خلقت أبحاث U of I مزيجًا من الإنزيمات يمكنه إطلاق السكريات البسيطة من الهيميسليلوز ، وبالتالي يساعد في تقدم صناعة الوقود الحيوي".

على الرغم من أن الباحثين استخدموا بكتيريا مأخوذة من معدة البقرة ، فإن نتائجهم تنطبق على الميكروبات في الأمعاء الغليظة للإنسان أيضًا. يهتم باحثو صحة الإنسان والتغذية بالاستراتيجيات المماثلة التي تستخدمها بعض بكتيريا الكرش والبكتيريا المعوية البشرية للحصول على الطاقة من الألياف الغذائية.

يقول كان: "من خلال تخمير الألياف في وجباتنا الغذائية ، تساعد الميكروبات في أمعائنا الغليظة على توفير حوالي 10 بالمائة من احتياجاتنا اليومية من الطاقة". "منتجات التخمير الميكروبي أو الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة توفر التغذية للخلايا التي تبطن أمعائنا."

يضيف كان أن الفهم الأكبر للميكروبات الكبيرة في الأمعاء الغليظة يمكن أن يؤثر على صحة الشخص وحالته الغذائية. على سبيل المثال ، يمكن للتغيير البسيط في السكان الميكروبيين في القولون أن يساهم في تطور أمراض الأمعاء الالتهابية.

يقول: "إن فهم كيفية حصول الميكروبات المختلفة على الطاقة قد يسمح لنا بتعديل نظامنا الغذائي لاختيار الميكروبات المفيدة لتعزيز صحة أفضل". نفس المبادئ تنطبق على الثروة الحيوانية.

يقول كان: "ليس من الممكن فهم تغذية حيوانات المزرعة دون فهم نمط حياة المجموعات الميكروبية في أمعائها". تعتمد الماشية على الميكروبات للحصول على طاقتها من كل من الحشائش والوجبات الغذائية المركزة. يمكن أن يساعدنا الفهم الأفضل لكيفية حصول الميكروبات على المغذيات من المواد النباتية على جعل الزراعة الحيوانية أكثر كفاءة ".

يبني باحثو U of I على المعرفة المكتسبة من هذه الدراسة لفهم كيف تلتقط بكتيريا الكرش الرئيسية الأخرى الطاقة من السليلوز والسليلوز / هيميسليلوز.

هذه الدراسة ، "تحليلات الترانسكريبتوميك لتحلل الزيلان بواسطة بريفوتيلا بريانتي وإلقاء نظرة ثاقبة على اكتساب الطاقة عن طريق xylanolytic الجراثيم، "في مجلة الكيمياء البيولوجية. من بين الباحثين ديلان دود ، ويونغ هوان مون ، وكانكشيتا سواميناثان ، ورودريك ماكي ، وإيزاك كان من معهد علوم الطاقة الحيوية في معهد بيولوجيا الجينوم بجامعة إلينوي.

العلامات الزراعة، الوقود الحيوي، كرش البقر، الصحة، هيميسليلوز، ميكروب، جرثومي