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 Pathogenic bacteria hitchhiking to North and Baltic Seas?
22.07.2016 | Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung

nachricht Unconventional quasiparticles predicted in conventional crystals
22.07.2016 | Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe

All articles from Life Sciences >>>

The most recent press releases about innovation >>>

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

Im Focus: Forschen in 15 Kilometern Höhe - Einsatz des Flugzeuges HALO wird weiter gefördert

Das moderne Höhen-Forschungsflugzeug HALO (High Altitude and Long Range Research Aircraft) wird auch in Zukunft für Projekte zur Atmosphären- und Erdsystemforschung eingesetzt werden können: Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) bewilligte jetzt Fördergelder von mehr als 11 Millionen Euro für die nächste Phase des HALO Schwerpunktprogramms (SPP 1294) in den kommenden drei Jahren. Die Universität Leipzig ist neben der Goethe-Universität Frankfurt am Main und der Technischen Universität Dresden federführend bei diesem DFG-Schwerpunktprogramm.

Die Universität Leipzig wird von der Fördersumme knapp 6 Millionen Euro zur Durchführung von zwei Forschungsprojekten mit HALO sowie zur Deckung der hohen...

Im Focus: Mapping electromagnetic waveforms

Munich Physicists have developed a novel electron microscope that can visualize electromagnetic fields oscillating at frequencies of billions of cycles per second.

Temporally varying electromagnetic fields are the driving force behind the whole of electronics. Their polarities can change at mind-bogglingly fast rates, and...

Im Focus: Rekord in der Hochdruckforschung: 1 Terapascal erstmals erreicht und überschritten

Einem internationalen Forschungsteam um Prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia und Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky von der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, im Labor einen Druck von 1 Terapascal (= 1.000.000.000.000 Pascal) zu erzeugen. Dieser Druck ist dreimal höher als der Druck, der im Zentrum der Erde herrscht. Die in 'Science Advances' veröffentlichte Studie eröffnet neue Forschungsmöglichkeiten für die Physik und Chemie der Festkörper, die Materialwissenschaft, die Geophysik und die Astrophysik.

Extreme Drücke und Temperaturen, die im Labor mit hoher Präzision erzeugt und kontrolliert werden, sind ideale Voraussetzungen für die Physik, Chemie und...

Im Focus: Graphen von der Rolle: Serienfertigung von Elektronik aus 2D-Nanomaterialien

Graphen, Kohlenstoff in zweidimensionaler Struktur, wird seit seiner Entdeckung im Jahr 2004 als ein möglicher Werkstoff der Zukunft gehandelt: Sein geringes Gewicht, die extreme Festigkeit, vor allem aber seine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit wecken Hoffnungen, Graphen bald für vollkommen neue Geräte und Technologien einsetzen zu können. Einen ersten Schritt gehen jetzt die Forscher im EU-Forschungsprojekt »HEA2D«: Ziel ist es, das 2D-Nanomaterial von einer Kupferfolie durch ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf Kunststofffolien und -bauteile zu übertragen. Auf diese Weise soll eine Serienfertigung elektronischer und opto-elektronischer Komponenten auf Graphenbasis möglich werden.

Besonders interessiert an hochleistungsfähiger Elektronik aus 2D-Materialien ist die Automobilindustrie, die diese in Schaltern mit transparenten Leiterbahnen,...

Im Focus: Menschen können einzelnes Photon sehen

Forscher am Wiener Institut für Molekulare Pathologie (IMP) und an der Rockefeller University in New York wiesen erstmals nach, dass Menschen ein einzelnes Photon wahrnehmen können. Für ihre Experimente verwendeten sie eine Quanten-Lichtquelle und kombinierten sie mit einem ausgeklügelten psycho-physikalischen Ansatz. Das Wissenschaftsjournal “Nature Communications” veröffentlicht die Ergebnisse in seiner aktuellen Ausgabe.

Trotz zahreicher Studien, die seit über siebig Jahren zu diesem Thema durchgeführt wurden, konnte die absolute Untergrenze der menschlichen Sehfähigkeit bisher...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Kongress für Molekulare Medizin: Krankheiten interdisziplinär verstehen und behandeln

20.07.2016 | Veranstaltungen

Ultraschnelle Kalorimetrie: Gesellschaft für thermische Analyse GEFTA lädt zur Jahrestagung

19.07.2016 | Veranstaltungen

Das neue Präventionsgesetz aktiv gestalten

19.07.2016 | Veranstaltungen

 
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Kamera für unsichtbare Felder

22.07.2016 | Physik Astronomie

3-D-Analyse von Materialien: Saarbrücker Forscher erhält renommierten US-Preis für sein Lebenswerk

22.07.2016 | Förderungen Preise

Signale der Hirnflüssigkeit steuern das Verhalten von Stammzellen im Gehirn

22.07.2016 | Biowissenschaften Chemie