https://frosthead.com

Termit maver og biobrændstoffer

Falk Warnecke kiggede ned gennem et monteret forstørrelsesglas og bankede forsigtigt på en lille bunke bugs. De var døde - frosne og dynges på en kølet metalblok, ligesom kaffegrunde blev støbt på en ske. Med et par fine tippet tang greb han et af insekterne i bunden af ​​brystkassen og løftede det ud af blokken. Den var brun og næppe større end en øjenvipper. Med en anden pincet klemte han enden af ​​dets mave. Han trækkede forsigtigt og trak den i to. En skinnende, rødlig streng gled glat ud af eksoskelettet. Warnecke smilede. ”Det er en god ting ved termitter, ” sagde han med en tyk tysk accent. "Du får hele tarmen i ét stykke."

Warnecke ønsker ikke, at termitens VVS skal rives og dens indhold blandes rundt. Det er det indhold, han er interesseret i. Tarmen har bulbøse kamre, der er hævet med store mængder mikrober, som termitterne anvender for at nedbryde cellulose fra træet eller græsset, som insekterne spiser. Når han ikke kalder termitter "søde små dyr", henviser han til dem som "vandrende bioreaktorer" og betragter deres saftige interiør som en slags flydende guld. For øjeblikket er han kun interesseret i den største pære på strengen, det, der er kendt som det tredje proctodeal-segment, eller, i det sproglige af mikrobiel økologi, "hindgut-punch". Dette rum i mikroliter-størrelse - meget større end de omgivende tarmsektioner og let skelnes med det blotte øje - er hjemsted for et distinkt samfund af mikrober, som nogle mennesker tror kan hjælpe med at løse energikrisen.

Warnecke, en forsker ved US Department of Energy's Joint Genome Institute i Walnut Creek, Californien, har skabt megen opmærksomhed for sit arbejde med termitter. Insekterne er bemærkelsesværdigt effektive til at omdanne cellulose til sukker - det første skridt i at fremstille brændstof fra planter som switchgrass eller poppeltræer. Forskere kan ikke konkurrere med termitter. De kan bryde cellulosens hårde bindinger fra hinanden i laboratoriet, men enzymerne, de bruger, er vildt, uoverkommeligt dyre. Det er her Warnecke kommer ind. Hans forskning har nogle mennesker, der maler ud for udsigten til at dyppe ned i termitternes mikrobielle gryderet og trække nogle få enzymer ud, som til sidst ville gøre det muligt at fremstille ethanol fra cellulose i industriel skala.

Ved at lægge pincetten til side, tog Warnecke to lange nåle op og skubbede termitens lemmer og skarphed bort. Han satte en dråbe pufferopløsning på tarmen for at holde den fugtig og fortsatte derefter med at angribe den svulmende baggrundskræft, og gentagne gange stikkede den skinnende pære indtil dens indhold blev spildt ud og blandet med pufferen for at danne en opslæmning af enzymer og cellulosefragmenter. Med sin pipette sugede han op noget af den flydende "mos" og sprøjtede den ind i et plastrør. Han håber at kunne identificere de cellulose-nedbrydende enzymer i mosen, men han skal først finde ud af, hvilke bakterier, der bor i tarmen, og som hvilke der faktisk arbejder på at fordøje cellulose.

På ugedagsmorgener, når vejret er godt, cykler Warnecke til BART-toget og tager det fra Berkeley gennem bakkerne til den fornemme forstad til Walnut Creek. På togstationen hopper han tilbage på sin cykel og pedaler et par kilometer forbi ryddelige stribercentre og benzinstationer til Joint Genome Instituts frodige, industriparklignende campus. DOE åbnede instituttet i 1997 for at fungere som centrum for Human Genome Project, som dechiffrer sekvensen af ​​basepar i vores DNA Projektet sluttede i 2003, men JGI er fortsat et globalt knudepunkt for genomsekventerings- og kortlægningsarbejde. Inde i bygningens forgrenede labyrint af laboratorier og kontorer sidder næsten hundrede vaskemaskine-størrelse sekventeringsmaskiner nynnende og venter på DNA- og RNA-prøver sendt her til analyse af forskere over hele verden.

Warnecke, der fik sin ph.d. ved Max Planck Institute for Marine Microbiology i Bremen, Tyskland, har erhvervet en endnu mere sjælden ekspertise i Walnut Creek. Han er en del af et lille bånd af mikrobiologer, der har forladt deres agarplader til et relativt nyt felt kendt som metagenomik, som involverer analyse af DNA direkte fra miljøprøver, som termit tarm eller en skefuld havoverfladevand, i stedet for fra dyrkede celler.

Det amerikanske energiminister Falk Warnecke studerer termitter i håb om at hjælpe med at løse energikrisen (Julia Olmstead) Termitfordøjelse af træmasse er genstand for forskning i potentielle nye biobrændstoffer (iStockphoto)

”Mikrobiologer har sandsynligvis altid mistænkt for, at de manglede en vis mangfoldighed, ” sagde Warnecke. I de tidlige dage af genomsekventering voksede forskere en enkelt type mikroorganisme ad gangen og derefter ekstraherede og sekventerede DNA fra disse celler. For dem ville suge en tilfældig samling af mikrober lige ud af en termites mave og håbe på at sekventere og sortere hver enkelt bakterie um genetisk materiale have virket direkte hørt, hvis ikke umuligt.

Warnecke, som 35 år ligner en frisk ansigt Vladimir Putin, betragter sig selv som en opdagelsesrejsende ved laboratoriebænken. Det, der prikker hårene bagpå hans nakke, er søgningen efter nye enzymer - en kortlægning af nye og meget, meget små, territorier. ”Det er som at være den første person, der ser sommerfugle, ” siger han.

Når han flyttede på sin laboratoriekuregul, begyndte Warnecke at slå sig ned i den proces, han ville tilbringe resten af ​​dagen på at afslutte. Han justerede sine sikkerhedsbriller og latexhandsker, tog en anden termit op og startede nedbrydningsprocessen igen. Denne termit, en Nasutitermes corniger, var brun som de andre og havde en skinnende, ribben mave. Dets øjenløse, runde hoved havde to klinker, der stikker ud fra toppen. Termitter i slægten Nasutitermes lever af tørt død træ. Denne, før den blev frosset og sendt her fra Florida, havde været en arbejdstager, et medlem af kaste, som delvist blev opkrævet med at finde og forarbejde cellulose til fodring af et reden til nestled og reproduktion.

Nasutitermes er en slægt tæt på Warneckes hjerte. En metagenomisk undersøgelse, han udførte med slægten i 2007, afslørede en mængde ny information om, hvad der foregår inde i insektenes maver. Ikke kun opdagede han og hans kolleger tidligere ukendte enzymer, men de bekræftede også, at i klassen af ​​såkaldte "højere" termitter syntetiserer hindgut-dwelling-bakterier disse enzymer - blot en spekulation før Warneckes undersøgelse. Dette arbejde fik ham førsteforfatter på et papir i det prestigefyldte tidsskrift Nature. Derefter kom en mængde medieinteresse, forelæsningsanmodninger og nu en bevilling på $ 240.000 fra Energy Biosciences Institute - UC Berkeleys nye biobrændstofsatsning med BP - til at bruge de næste to år på yderligere at udforske termit tarme, denne gang med tre forskellige græsfodrede arter.

Warneckes forhold til termitter har præget en genial besættelse. I weekendture gennem Tilden Park i Berkeley-bakkerne glider Warnecke pinde og håndfulde blødt skovstrøelse ind i lommerne. Han tager resterne tilbage til sin lejlighed og drysser det i et terrarium, hjemsted for et par hundrede termitter, han har samlet fra Californiens vilde. Disse insekter er ikke beregnet til opdeling, men blot til at passe på. "Jeg ved ikke rigtig, hvad jeg skal fodre dem, " sagde han, "men jeg tror, ​​de er glade." Warnecke er en pligtopfyldende kurator for det lille; han serverer små organismer og deres mikroskopiske indre sø.

I laboratoriet fejede Warnecke en bunke med nu optøede termitbits med hånden og kastede dem i en biohazard-skraldespand. Han var færdig med at nedlægge sit første sæt - halvtreds pr. Rør - og gik for at hente en frisk samling fra fryseren på den anden side af rummet. Han er voldelig mod dem, men hans kærlighed til termitter er indlysende. Hans arbejds grønne energipotentiale efterlader Warnecke imidlertid for det meste ikke bevæget. Han vil med glæde diskutere biobrændstofs gennemførlighed, men siger, at emnerne ikke animerer ham.

Han åbnede det nye rør af termitter og hældte en lille bunke på metalblokken. Han ville flyve den næste dag til Europa for at holde en runde foredrag om sit termitarbejde til akademikere, der er ivrige efter at være på forkant med cellulose-nedbrydning forskning. "Det er dejligt at have et anvendt aspekt, og jeg håber, at det vil være et nyttigt bidrag, " sagde Warnecke og tilsyneladende lidt træt af al spændingen. "Men jeg er først og fremmest interesseret i den grundlæggende videnskab, den mikrobielle mangfoldighed og symbiosen." Så tog han en anden termit op og delte den i to.

Termit maver og biobrændstoffer