大自然已經弄清楚了，如何最好地將食物分解為燃料?，F在科學家已經趕上了，表明在山羊，馬和綿羊的腸道中發(fā)現的真菌也可以幫助填滿你的油箱。

研究人員在2月18日的“ 科學 ”雜志上報告 說，這些厭氧腸道真菌的表現與工業(yè)設計的最佳真菌一樣，能夠將植物材料轉化為易于轉化為燃料和其他產品的糖類。

加州大學圣塔芭芭拉分校的主要作者兼化學工程教授Michelle O'Malley說：“大自然已經將這些真菌設計成具有世界上最大的分解生物質的酶庫。”

這些酶 - 由蛋白質制成的工具 - 共同作用來分解頑固的植物材料。研究人員發(fā)現，真菌使它們的酶適應木材，草，農業(yè)廢棄物或任何科學家喂它。研究結果表明，工業(yè)可以改變腸道真菌，使它們產生更好的酶，其性能將超過最好的酶，可能導致更便宜的生物燃料和生物基產品。

為了使調查結果，奧馬利借鑒了科學(SC)用戶設備的能源辦公室的兩名美國部：環(huán)境分子科學實驗室 在西北太平洋國家實驗室和美國能源部聯合基因組研究所。O'Malley的研究是第一個由兩個設施合作產生的，名為Facilities Integrating Collaborations for User Science或FICUS。該合作伙伴關系使世界各地的科學家能夠利用SC用戶設施的能力，更全面地了解基礎科學問題。O'Malley的團隊還包括來自PNNL，DOE JGI，麻省理工學院和哈佛大學的博士學院以及哈珀亞當斯大學的科學家。

“通過利用相應設施的RNA測序和蛋白質表征能力，我們以其他方式進行先進的生物燃料研究，”DOE JGI用戶計劃副主席Susannah Tringe說。“該合作計劃旨在鼓勵并使研究人員能夠更輕松地將多個用戶設施的專業(yè)知識和能力整合到他們的研究中。FICUS為技術基礎設施提供一站式購物方式，迅速成為合作的典范。“

除了最新的組學技術和橫貫大陸的團隊之外，如果沒有最卑微的物質，這些發(fā)現是不可能的。

公司希望將生物質如木材，藻類和草類轉化為燃料或化學品。問題：在植物細胞壁中發(fā)現的復雜分子基質 - 木質素，纖維素和半纖維素 - 結合起來形成鋼筋混凝土的生物等效物。當工業(yè)無法分解這種生物質時，他們會用熱量或化學物質對其進行預處理?；蛉拥羲?。這兩種選擇都會增加成品的成本。

許多農場動物可以毫不費力地分解這些相同的分子，這激發(fā)了研究團隊的研究。他們的搜索始于圣巴巴拉動物園和馬薩諸塞州的一個馬廄，在那里他們收集山羊，馬和羊的糞便。樣品越新越好，因為這個稗子還有生物量食真菌的活標本。

作為世界上第一個含有細胞核的單細胞生物，厭氧腸道真菌自恐龍發(fā)生之前就已存在?？茖W家們早就知道它們在幫助食草動物消化植物方面發(fā)揮了重要作用。一個原因與某些真菌的蜂群行為有關。當真菌繁殖時，它們釋放出許多帶有尾狀附屬物的孢子，稱為鞭毛。這些嬰兒真菌像蝌蚪一樣游來游去，在腸道里找到新的食物。然后他們將尾巴換成稱為菌絲的根狀結構，這種結構可以挖掘植物材料。然后葉子成為食物。

O'Malley和她的同事都知道真菌的菌絲會分泌出被稱為酶的蛋白質，這些蛋白質可以分解植物材料。與工具箱中的工具一樣，酶越多樣化，真菌就越能將植物分解并轉化為食物。如果工業(yè)可以利用這種工具箱來利用真菌，它可以更有效地分解原始生物質。

“盡管它們具有迷人的生物學特性，但厭氧腸道真菌很難分離和研究，”EMSL的生物系統(tǒng)動力學和設計科學主題負責人Scott Baker說。“通過利用EMSL和JGI的尖端科學能力，O'Malley展示了厭氧腸道真菌酶的巨大目錄如何促進生物燃料生產。”

為了找到獎品，研究團隊需要一張地圖。好吧，兩張地圖。因此，他們用一勺便便，深入研究腸道真菌。

真菌是作物的精華

在科學家手中，腸道真菌產生的酶列表是釋放其生物燃料生產潛力的第一步。就像復制宗教文本的修道院中的僧侶一樣，信使RNA分子可以轉錄制造蛋白質所需的遺傳信息，包括酶。因此，DOE JGI對幾種腸道真菌的mRNA進行測序，得出它們的轉錄組，它代表了它們可以制造的所有可能的蛋白質。

O'Malley將這一努力與從其作品中重新組裝地圖進行了比較，但卻沒有看到完整的畫面。由于并非所有蛋白質都是酶，研究人員需要與另一種蛋白質交叉檢查。進入EMSL，研究人員在那里創(chuàng)建了第二張地圖，該地圖確定了真菌實際產生的酶。這種所謂的蛋白質組的作用就像是與JGI圖譜相匹配的地標，突出了轉錄組中的生物量降解酶。

JGI和EMSL的地圖共同指出腸道真菌可以產生的寶庫。與最多100種酶的工業(yè)品種相比，腸道真菌可以產生數百種酶。值得注意的是，這種真菌可以更好地分解木材中的半纖維素，稱為木聚糖。當科學家將真菌的飲食從金絲雀草改為糖時，真菌通過改變它產生的酶來應對。換句話說，真菌可以在飛行中更新他們的酶庫。

“由于腸道真菌有更多的工具可以將生物質轉化為燃料，因此它們可以更快地工作，并且可以用于更多種類的植物材料。這將為生物燃料行業(yè)帶來許多機會，“O'Malley說，他的研究由美國能源部科學辦公室，美國農業(yè)部和協作生物技術研究所資助。此外，O'Malley還獲得了生物和環(huán)境研究計劃中DOE科學早期職業(yè)生涯獎。最近，她被評為2016年科學家和工程師(PECASE)獲得者的總統(tǒng)早期職業(yè)獎之一。