https://frosthead.com

Termite Bellies a biopaliva

Falk Warnecke nahlédl skrz namontované zvětšovací sklo a jemně strčil na malou hromadu brouků. Byli mrtví - zmrazení a hromadili se na chlazeném kovovém bloku, jako je kávová zrna valená na lžíci. S párem kleští s jemným hrotem popadl jeden z hmyzu na spodní části hrudníku a zvedl ho z bloku. Byla hnědá a těžko větší než řasa. Druhým kleštěm stiskl konec břicha. Jemně zatáhl a přitáhl si ho do dvou. Z exoskeletu hladce vytáhl lesklý načervenalý řetězec. Warnecke se usmál. „To je dobré na termitech, “ řekl s hustým německým přízvukem. "Celé střevo dostanete z jednoho kusu."

Warnecke nechce, aby se voda z termitů roztrhla a její obsah byl smíchán. Je to obsah, o který se zajímá. Střevo má baňaté komory, které jsou nabobtnány obrovským množstvím mikrobů, které termiti využívají k rozkladu celulózy ze dřeva nebo trávy, kterou hmyz konzumuje. Když nezavolává termity „roztomilá malá zvířata“, označuje je jako „chodící bioreaktory“ a považuje jejich šťavnaté interiéry za druh tekutého zlata. Prozatím se zajímá pouze o největší žárovku na provázku, která je známá jako třetí proktodealní segment, nebo, v lidové řeči mikrobiální ekologie, o „zadní zadek“. Tato komora o velikosti mikrolitrů - mnohem větší než okolní střeva a snadno rozeznatelná pouhým okem - je domovem odlišné komunity mikrobů, o nichž si někteří lidé myslí, že by mohly pomoci vyřešit energetickou krizi.

Warnecke, výzkumný pracovník na Ústavu společných genomů amerického ministerstva energetiky ve Walnut Creek v Kalifornii, v poslední době věnuje velkou pozornost své práci s termity. Hmyz je pozoruhodně účinný při přeměně celulózy na cukr - první krok při výrobě paliva z rostlin, jako je komín nebo topol. Vědci nemohou konkurovat termitům. Mohou od sebe oddělit tvrdé vazby celulózy v laboratoři, ale enzymy, které používají, jsou divoce, neúměrně drahé. Tam přichází Warnecke. V jeho výzkumu se někteří lidé slinili při vyhlídce na ponoření do mikrobiálního gulášů termitů a vytáhnutí několika enzymů, které by nakonec umožnily vyrábět ethanol z celulózy v průmyslovém měřítku.

Warnecke odložil kleště a vzal dvě dlouhé jehly a odstrčil končetiny termitů a krunýř. Položil na střevo kapku roztoku pufru, aby ji udržel vlhký, a pak pokračoval v útoku na vyboulený zadní zadek, opakovaně bodal lesklou žárovku, dokud se její obsah nerozlil, a smíchal se s pufrem za vzniku kaše enzymů a fragmentů celulózy. Pipetou nasál trochu tekuté „kaše“ a strčil ji do plastové zkumavky. Doufá, že v rmutu identifikuje enzymy degradující celulózu, ale nejprve musí zjistit, které bakterie žijící ve střevech je dělají a které skutečně pracují při trávení celulózy.

Ve všední dny ráno, když je počasí dobré, Warnecke odjede na vlak BART a vezme ho z Berkeley přes kopce na luxusní předměstí Walnut Creek. Na vlakovém nádraží obejme zpět na kole a šlape několik kilometrů kolem uklizených nákupních center a čerpacích stanic do zeleného kampusu Společného genomového institutu. DOE otevřel institut v roce 1997, aby sloužil jako centrum projektu Human Genome Project, který dešifroval posloupnost párů bází v naší DNA. Projekt skončil v roce 2003, ale JGI zůstává globálním centrem práce na sekvenování a mapování genomu. Uvnitř budovy je rozvětvené bludiště laboratoří a kanceláří, kde téměř sto praček sekvenčních strojů sedí bzučení a čeká na vzorky DNA a RNA, které sem posílají vědci z celého světa k analýze.

Warnecke, který získal doktorát na Institutu Maxe Plancka pro mořskou mikrobiologii v Brémách, Německo, získal ještě vzácnější odborné znalosti ve Walnut Creek. Je součástí malé skupiny mikrobiologů, kteří opustili své agarové destičky pro relativně nové pole známé jako metagenomika, které zahrnuje analýzu DNA přímo ze vzorků životního prostředí, jako jsou termitová střeva nebo lžíce povrchové vody oceánu, namísto z kultivovaných buněk.

Výzkumný pracovník amerického ministerstva energetiky Falk Warnecke studuje termity v naději, že pomůže vyřešit energetickou krizi (Julia Olmstead) Termitové štěpení buničiny je předmětem výzkumu potenciálních nových biopaliv (iStockphoto)

"Mikrobiologové pravděpodobně vždy měli podezření, že jim chybí určitá rozmanitost, " řekl Warnecke. V raných dnech sekvenování genomu vědci pěstovali jeden typ mikroorganismu najednou, poté z těchto buněk extrahovali a sekvenovali DNA. Sání náhodné sbírky mikrobů přímo z břicha termitů a doufání, že se sekvenuje a třídí genetický materiál každé bakterie, by se zdálo naprosto odvážné, ne-li nemožné.

Warnecke, který v 35 letech vypadá jako čerstvý Vladimír Putin, se považuje za průzkumníka na laboratorní lavici. Vlasy vzadu na krku píchají do hledání nových enzymů - mapování nových a velmi, velmi malých území. „Je to jako být prvním člověkem, který uviděl motýly, “ říká.

Warnecke se přesunul na stolici a začal se usadit v procesu, který strávil zbytek dne dokončením. Přestavil si ochranné brýle a latexové rukavice, zvedl dalšího termita a znovu začal degenerovat. Tento termit, rohlík Nasutitermes, byl hnědý jako ostatní a měl lesklý, žebrovaný břicho. Na jeho bezokrouhlé kulaté hlavě vyčnívaly z vrcholu dva kleště. Termiti v rodu Nasutitermes se živí suchým mrtvým dřevem. Tenhle, před tím, než byl zmrazen a dopraven sem z Floridy, byl dělníkem, členem kasty, který byl částečně pověřen nalezením a zpracováním celulózy, aby nakrmil vojáky hnízda a reprodukční odměnu.

Nasutitermes je rod blízko Warneckeho srdce. Metagenomická studie, kterou provedl s rodem v roce 2007, odhalila řadu nových informací o tom, co se děje uvnitř břicha hmyzu. Nejenže on a jeho kolegové objevili dříve neznámé enzymy, ale také potvrdili, že ve třídě tzv. „Vyšších“ termitů syntetizují tyto enzymy hindgutové obydlí - pouze spekulace před Warneckeho studií. Tato práce ho přivedla k prvnímu autorství na papíře v prestižním časopise Nature. Poté přišlo množství mediálních zájmů, žádostí o přednášky a nyní grantu 240 000 $ od Energy Biosciences Institute - nového podniku biopaliv UC Berkeley s BP - strávit další dva roky dalším prozkoumáváním termitů, tentokrát se třemi různými trávami druh.

Warneckeho vztah s termity má známku geniální posedlosti. Víkendové procházky Tilden Parkem v Berkeleyských kopcích Warnecke vklouzne do kapes tyčinky a hrsti měkkého lesního odpadu. Vezme trosky zpět do svého bytu a posype je do terária, kde žije několik set termitů, které shromáždil z divočiny v Kalifornii. Tento hmyz není určen k rozdělování, ale pouze k péči o něj. „Opravdu nevím, co je nakrmit, “ řekl, „ale myslím, že jsou šťastní.“ Warnecke je poslušný kurátor drobných; slouží malým organismům a jejich mikroskopickým vnitřním mořům.

V laboratoři Warnecke smetl hromádku nyní rozmrazených termitových kousků rukou a hodil je do koše na biologické nebezpečí. Dokončil degustaci své první sady - padesát na zkumavku - a šel načíst novou sbírku z mrazáku na druhé straně místnosti. Je s nimi násilný, ale jeho náklonnost k termitům je zřejmá. Potenciál zelené energie jeho práce však Warneckeho většinou nechává volný. Naštěstí bude debatovat o proveditelnosti biopaliv, ale říká, že témata ho nemění.

Otevřel novou trubici termitů a nalil malou hromádku na kovový blok. Druhý den odletěl do Evropy, aby přednesl řadu rozhovorů o své termitní práci akademikům, kteří dychtivě stojí v popředí výzkumu degradace celulózy. „Je hezké mít aplikovaný aspekt a já doufám, že to bude užitečný příspěvek, “ řekl Warnecke a vypadal trochu unavený ze všech vzrušení. "Ale především se zajímám o základní vědu, mikrobiální rozmanitost a symbiózu." Potom zvedl dalšího termita a rozdělil ho na dva.

Termite Bellies a biopaliva