发布时间：2024-02-02 16:55:37 栏目：精选百科
科学家们花了几十年的时间寻找有效且经济地降解植物材料的方法，以便将它们转化为有益于日常生活的有用生物产品。
生物燃料、清洁剂、营养补充剂，甚至塑料都是这项工作的成果。尽管科学家们已经找到了将植物降解到生产一系列产品所需程度的方法，但某些聚合物，例如木质素(植物细胞壁的主要成分)，在不将污染物重新添加到环境中的情况下，仍然难以以经济的方式分解。环境。这些聚合物可以作为废物留下，不再使用。
众所周知，由真菌、切叶蚁和细菌组成的特殊微生物群落能够自然降解植物，将它们转化为周围生物和系统吸收和使用的营养物质和其他成分。但到目前为止，识别该过程所需的所有成分和生化反应仍然是一个重大挑战。
作为能源部 (DOE) 早期职业奖的一部分，太平洋西北国家实验室 (PNNL)功能和系统生物学科学组组长Kristin Burnum-Johnson和 PNNL 研究人员团队开发了一种称为代谢组的成像方法知情蛋白质组成像(MIPI)。这种方法使科学家能够深入分子水平，准确观察哪些基本成分是植物降解过程的一部分，以及发生什么、何时何地使这一过程成为可能的重要生化反应。
使用这种方法，研究小组揭示了重要的代谢物和酶，它们刺激了在降解过程中至关重要的不同生化反应。他们还揭示了系统中常驻细菌的目的，即使该过程更加高效。这些见解可应用于未来的生物燃料和生物产品开发。
该团队的研究最近发表在《自然化学生物学》上。
切叶蚁和真菌之间的共生关系揭示了植物降解成功的关键
在研究中，该团队研究了一种真菌，这种真菌因其与切叶蚁的共生关系而闻名，这种真菌被称为 Leucoagaricus gongylophorus。蚂蚁利用真菌培育真菌花园，降解植物聚合物和其他材料。这种降解过程中剩余的成分被花园中的各种生物体使用和消耗，使所有生物体都能茁壮成长。
蚂蚁通过在专门的地下结构中的新鲜叶子上培养真菌来完成这一过程。这些结构最终成为消耗材料的真菌花园。常驻细菌成员通过产生支持整个花园生态系统的氨基酸和维生素来帮助降解。
“环境系统经过数百万年的发展，已经成为完美的共生系统，”伯纳姆-约翰逊说。 “除了观察它们如何自然地完成这些任务之外，我们怎样才能更好地从这些系统中学习呢?”
但这个真菌群落的研究之所以如此困难，是因为它的复杂性。虽然植物、真菌、蚂蚁和细菌都是植物降解过程中的活性成分，但它们都不专注于一项任务或驻留在一个位置。考虑到在分子水平上发生的小规模生化反应，一个极其困难的谜题就出现了。但 PNNL 开发的新 MIPI 成像方法使科学家能够准确地看到整个降解过程中发生的情况。
伯纳姆-约翰逊说：“我们现在拥有工具可以充分理解这些系统的复杂性，并首次将它们作为一个整体进行可视化。”
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