Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Rot's unique wood degrading machinery to be harnessed for better biofuels production

09.02.2009
An international team led by scientists from the U.S. Department of Energy (DOE) Joint Genome Institute (JGI) and the U.S. Department of Agriculture Forest Service, Forest Products Laboratory (FPL) have translated the genetic code that explains the complex biochemical machinery making brown-rot fungi uniquely destructive to wood.

The same processes that provide easier access to the energy-rich sugar molecules bound up in the plant's tenacious architecture are leading to innovations for the biofuels industry. The research, conducted by more than 50 authors, is reported in the February 4 online edition of the Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Among the challenges to more cost-effective production of biofuels from cellulosic biomass—the fibrous material of whole plants—is to find effective means to work around the polymer lignin, the scaffolding that endows the plant's architecture with rigidity and protection from pests. By doing so, the organic compound cellulose—the long chain of glucose (sugar) units can be unbound, broken down, fermented, and distilled into liquid transportation fuel. This is where the destructive capabilities of rot come in.

"The microbial world represents a little explored yet bountiful resource for enzymes that can play a central role in the deconstruction of plant biomass—an early step in biofuel production," said Eddy Rubin, Director of the DOE JGI, where the genome sequencing was conducted. "The brown-rot Postia placenta's genome offers us a detailed inventory of the biomass-degrading enzymes that this and other fungi possess."

Rubin pointed to a complementary strategy that DOE and its Bioenergy Research Centers are pursuing of targeting a new generation of plants—perennial grasses and fast-growing trees such as poplar—bred specifically as biomass for biofuels. Among the desirable characteristics of biofuel "feedstocks" is the ease by which they can be deconstructed. Traditionally, harsh chemicals and expensive high-heat treatments have been employed. In parallel with the development of improved feedstocks is finding just the right mix of enzymes to get the most out of converting biomass into fuel.

"Nature offers some guidance here," said Dan Cullen, FPL scientist and one of the senior authors on the PNAS paper. "Postia has, over its evolution, shed the conventional enzymatic machinery for attacking plant material. Instead, the evidence suggests that it utilizes an arsenal of small oxidizing agents that blast through plant cell walls to depolymerize the cellulose. This biological process opens a door to more effective, less-energy intensive and more environmentally-sound strategies for more lignocellulose deconstruction."

Few organisms in nature can efficiently breakdown lignin into smaller, more manageable chemical units amenable to biofuels production. The exceptions are the basidiomycete fungi, which include white-rot and brown-rot—wood-decayers and essential caretakers of carbon in forest systems. In addition, brown-rot fungi have significant economic impact because their ability to wreak havoc with wooden structures. A significant portion of the U.S. timber harvest is diverted toward replacing such decayed materials.

Unlike white-rot fungi, previously characterized by DOE JGI and FPL, which simultaneously degrades lignin and cellulose, brown-rot rapidly depolymerizes the cellulose in wood without removing the lignin. Up until this study, the underlying genetics and biochemical mechanisms were poorly understood.

DNA sequence is the first step in the central dogma of molecular biology first articulated over 50 years ago by Francis Crick—the transfer of information from DNA to RNA, which in turn, is translated into protein products, such as enzymes. Postia's genome sequence was also the first step in the process that the scientific team employed to home in on the subset of data, the transcriptome, that encodes the specific enzyme activity, and the secretome, the products exported from the cell.

"For the first time we have been able to compare the genetic blue prints of brown-rot, white-rot and soft-rot fungi which play a major role in the carbon cycle of our planet," said Randy Berka, another one of the study's senior authors and Director of Integrative Biology, at Novozymes, Inc., of Davis, Calif. "Such comparisons will increase our understanding of the diverse mechanisms and chemistries involved in lignocellulose degradation. This type of information may empower industrial biotechnologists to devise new strategies to enhance efficiencies and reduce costs associated with biomass conversion for renewable fuels and chemical intermediates."

David Gilbert | EurekAlert!
Further information:
http://www.lbl.gov
http://www.jgi.doe.gov/

More articles from Life Sciences:

nachricht A Map of the Cell’s Power Station
18.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht On the way to developing a new active ingredient against chronic infections
18.08.2017 | Deutsches Zentrum für Infektionsforschung

All articles from Life Sciences >>>

The most recent press releases about innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie