https://frosthead.com

Termity Boczek i Biopaliwa

Falk Warnecke wyjrzał przez zamontowane szkło powiększające i delikatnie szturchnął mały stos robaków. Byli martwi - zamrożeni i usypani na schłodzonym metalowym bloku, jak fusy z kawy stawiane na łyżce. Parą cienkich kleszczy chwycił jednego z owadów u podstawy jego klatki piersiowej i podniósł go z bloku. Był brązowy i niewiele większy od rzęsy. Drugą kleszczą uszczypnął koniec jej brzucha. Pociągnął delikatnie i pociągnął go na pół. Błyszczący, czerwonawy sznurek gładko wysunął się z egzoszkieletu. Warnecke uśmiechnął się. „To dobrze, jeśli chodzi o termity” - powiedział z gęstym niemieckim akcentem. „Dostajesz całe jelita w jednym kawałku.”

Warnecke nie chce, aby hydraulika termitu uległa rozdarciu, a jego zawartość pomieszana. To jego zawartość jest interesująca. Jelito ma bulwiaste komory, które są spuchnięte ogromnymi ilościami drobnoustrojów, które termity wykorzystują do rozkładania celulozy z drewna lub trawy spożywanej przez owady. Kiedy nie nazywa termitów „uroczymi małymi zwierzętami”, nazywa je „chodzącymi bioreaktorami” i uważa ich soczyste wnętrza za rodzaj płynnego złota. Na razie interesuje go tylko największa żarówka na sznurku, tak zwany trzeci segment prokodowy, lub, w języku potocznym ekologii drobnoustrojów, „żwacz tylny”. W tym przedziale wielkości mikrolitrów - znacznie większym niż otaczające odcinki jelitowe i łatwym do odróżnienia gołym okiem - znajduje się odrębna społeczność drobnoustrojów, która zdaniem niektórych osób może pomóc rozwiązać kryzys energetyczny.

Warnecke, badacz z Joint Genome Institute z amerykańskiego Departamentu Energii w Walnut Creek w Kalifornii, ostatnio zwraca dużą uwagę na swoją pracę z termitami. Owady są niezwykle skuteczne w przekształcaniu celulozy w cukier - pierwszy krok w wytwarzaniu paliwa z roślin takich jak trawa trawiasta lub topola. Naukowcy nie mogą konkurować z termitami. Mogą rozerwać twarde wiązania celulozy w laboratorium, ale enzymy, których używają, są dzikie, wyjątkowo drogie. Właśnie tam wkracza Warnecke. W jego badaniach niektórzy ślinią się na myśl o zanurzeniu się w gulaszu mikrobiologicznym termitów i wyciągnięciu kilku enzymów, które w końcu umożliwiłyby produkcję etanolu z celulozy na skalę przemysłową.

Odkładając kleszcze, Warnecke podniósł dwie długie igły i odepchnął kończyny i pancerz termitu. Nałożył kroplę roztworu buforowego na jelito, aby było wilgotne, a następnie zaatakował wybrzuszony żuchwę tylną, kilkakrotnie dźgając błyszczącą cebulę, aż jej zawartość się wylała i wymieszała z buforem, aby utworzyć zawiesinę enzymów i fragmentów celulozy. Za pomocą pipety zassał płynną „zacier” i wcisnął ją do plastikowej tuby. Ma nadzieję zidentyfikować enzymy rozkładające celulozę w zacieru, ale najpierw musi dowiedzieć się, które bakterie jelitowe je wytwarzają, a które faktycznie działają na trawienie celulozy.

W dni powszednie, gdy jest ładna pogoda, Warnecke jeździ rowerem do pociągu BART i jedzie z Berkeley przez wzgórza do ekskluzywnego przedmieścia Walnut Creek. Na dworcu wskakuje na rower i pedałuje kilka kilometrów obok schludnych centrów handlowych i stacji benzynowych do zielonego kampusu Joint Genome Institute, przypominającego park przemysłowy. DOE otworzyło instytut w 1997 r., Aby służyć jako centrum projektu Human Genome Project, który rozszyfrował sekwencję par zasad w naszym DNA. Projekt zakończył się w 2003 r., Ale JGI pozostaje globalnym centrum prac związanych z sekwencjonowaniem i mapowaniem genomu. Wewnątrz rozgałęzionego labiryntu budynku w laboratoriach i biurach prawie sto maszyn do sekwencjonowania wielkości pralek siedzi nucąc i czekając na próbki DNA i RNA wysłane tutaj do analizy przez naukowców z całego świata.

Warnecke, który uzyskał stopień doktora w Instytucie Mikrobiologii Morskiej im. Maxa Plancka w Bremie w Niemczech, zdobył jeszcze bardziej rzadką wiedzę fachową na temat Walnut Creek. Jest częścią niewielkiej grupy mikrobiologów, którzy opuścili płytki agarowe na stosunkowo nowe pole zwane metagenomiką, które polega na analizie DNA bezpośrednio z próbek środowiskowych, takich jak jelita termitowe lub łyżka wody powierzchniowej oceanu, zamiast z hodowanych komórek.

Badacz z Departamentu Energii USA, Falk Warnecke, bada termity w nadziei na rozwiązanie kryzysu energetycznego (Julia Olmstead) Fermentacja miazgi drzewnej termitem jest przedmiotem badań nad potencjalnymi nowymi biopaliwami (iStockphoto)

„Mikrobiologowie prawdopodobnie zawsze podejrzewali, że brakuje im różnorodności” - powiedział Warnecke. We wczesnych dniach sekwencjonowania genomu naukowcy wyhodowali jeden typ mikroorganizmu na raz, a następnie wyekstrahowali i zsekwencjonowali DNA z tych komórek. Dla nich wyssanie losowej kolekcji drobnoustrojów prosto z brzucha termitów i nadzieja na sekwencjonowanie i sortowanie materiału genetycznego poszczególnych bakterii wydawałoby się zuchwałe, jeśli nie niemożliwe.

Warnecke, który w wieku 35 lat wygląda jak świeżo postawiony Władimir Putin, uważa się za odkrywcę na stole laboratoryjnym. Tym, co budzi włosy na karku, jest poszukiwanie nowych enzymów - zestawienie nowych i bardzo, bardzo małych terytoriów. „To jak bycie pierwszą osobą, która widzi motyle” - mówi.

Przesuwając się na stołku laboratoryjnym, Warnecke zaczął osiedlać się w procesie, który spędził resztę dnia kończąc. Ponownie poprawił okulary ochronne i lateksowe rękawiczki, podniósł kolejny termit i zaczął proces odtłuszczania od nowa. Termit ten, Nasutitermes corniger, był brązowy podobnie jak inne i miał błyszczący, żebrowany brzuch. Okrągła głowa bez oczu miała dwa szczypce wystające z góry. Termity z rodzaju Nasutitermes żywią się suchym martwym drewnem. Ten, zanim został zamrożony i wysłany tutaj z Florydy, był pracownikiem, członkiem kasty, której zadaniem było częściowo znalezienie i przetwarzanie celulozy w celu nakarmienia żołnierzy gniazda i członków rodziny królewskiej.

Nasutitermes to rodzaj bliski sercu Warnecke. Badanie metagenomiczne, które przeprowadził z rodzajem w 2007 r., Odkryło mnóstwo nowych informacji na temat tego, co dzieje się w brzuchach owadów. Nie tylko on i jego koledzy odkryli nieznane wcześniej enzymy, ale potwierdzili również, że w klasie tak zwanych „wyższych” termitów bakterie żyjące w jelitach syntetyzują te enzymy - jedynie spekulacje przed badaniem Warnecke. Ta praca przyniosła mu pierwsze autorstwo na papierze w prestiżowym czasopiśmie Nature. Potem pojawiła się fala zainteresowania mediów, wykładów, a teraz dotacja w wysokości 240 000 USD od Energy Biosciences Institute - nowego przedsięwzięcia UC BP Berkeley z BP - na kolejne dwa lata na dalsze badania wnętrzności termitów, tym razem z trzema różnymi karmionymi trawą gatunki.

Relacja Warnecke'a z termitami nosi znamiona obsesji na punkcie gatunku. Podczas weekendowych spacerów po parku Tilden na wzgórzach Berkeley Warnecke wsuwa do kieszeni kije i garść miękkiej leśnej ściółki. Zabiera szczątki z powrotem do swojego mieszkania i wrzuca je do terrarium, w którym znajduje się kilkaset termitów zebranych z dzikiej przyrody w Kalifornii. Te owady nie służą do rozdzielania, lecz po prostu do opieki. „Naprawdę nie wiem, co ich karmić - powiedział - ale myślę, że są szczęśliwi”. Warnecke jest obowiązkowym kustoszem malucha; służy małym organizmom i ich mikroskopijnym wewnętrznym morzom.

W laboratorium Warnecke porwał ręką rozmrożone kawałki termitów i wrzucił je do kosza na zagrożenia biologiczne. Skończył odtłuszczać swój pierwszy zestaw - pięćdziesiąt na tubkę - i poszedł po świeżą kolekcję z zamrażarki po drugiej stronie pokoju. Jest wobec nich brutalny, ale jego przywiązanie do termitów jest oczywiste. Jednak potencjał zielonej energii jego pracy pozostawia Warnecke w większości niewzruszony. Z przyjemnością przedyskutuje kwestię wykonalności biopaliw, ale mówi, że tematy go nie animują.

Otworzył nową rurkę z termitami i wylał mały stos na metalowy blok. Następnego dnia poleci do Europy, aby wygłosić wykład na temat swojej pracy termitów naukowcom, którzy chcą być na czele badań nad degradacją celulozy. „Miło jest mieć aspekt aplikacyjny i mam nadzieję, że będzie to użyteczny wkład” - powiedział Warnecke, wyglądając na trochę zmęczonego ekscytacją. „Ale przede wszystkim interesuję się podstawową nauką, różnorodnością mikrobiologiczną i symbiozą”. Potem podniósł kolejny termit i podzielił go na dwie części.

Termity Boczek i Biopaliwa