Pacific Northwest National Laboratory ve Wisconsin-Madison Üniversitesi araştırmacıları, bitkilerdeki sert yapılı selülozu; inek ve diğer otçul hayvanların sindirim sistminde bulunan Fibrobacter succinogenes S85 yardımı ile nasıl parçalayıp enerjisini açığa çıkarabilecekleri noktasında önemli adımlar attı. Birçok anaerobik (oksijensiz yaşayan, oksijensiz mekanizmalar kullanan) mikroorganizmanun selülozu, selülozomları yardımı ile sindirebildiği bilinirken, bu yeni araştırmaya göre F. succinogenes S85, bu parçalama işlemi için alternatif bir mekanizmayı kullanıyor. Bu bağlamda araştırmacılar, bakterinin selüloz sindiren enzimlerinin çoğunun nerede bulunuyor olduğunu ve bu enzimlerin hücre içinde mi yoksa hücre dışında mı çalıştığını araştırmaya koyuldu.

Yapılan araştırmaların sonucunda, bilimciler karbonhidrat aktif enzimleri olarak bilinen selüloz sindiren CAZim'lerin ciddi bir çoğunluğunun hücre dışında bulunduğunu ve dolayısıyla büyük selüloz moleküllerinin hücre dışında sindirildiğini tespit etti. Bununla birlikte selülozun daha küçük yapı birimleri olan sellodextrinleri ( cellodextrins) sindiren enzimlerin de bakterinin dışını kaplayan çift zarlarının arasında (periplazma) bulunduğu keşfedildi.

Araştırmada elde edilen veriler, F. succinogenes bakterisinin selüloz sindirme sürecinde pilin ve fibro-slime adı verilen proteinlerinin de bulunduğunu gösteriyor. Bu proteinler diğer selüloz sindiren mikroorganizmalarda bu sürece dahil olmadığından, araştırmacılar bu ilginç noktaya da odaklandı. Fibro-slime proteinleri, selüloz parçalanması süresi boyunca görece fazla miktarda bulundurulurken, Fibrobakter'lerin de protein havuzunun doğal bir parçasıdır. Ne var ki, ortalama yaşam koşullarında bu protein hücrenin selüloz adhezyonu sürecine dahil olmaktadır.

Dünya'daki tüm biyolojik polimerlerin içinde selüloz (bitki ve bazı mikroorganizmalarda bulunmasından dolayı) en yaygın olanıdır. Bu sağlam zincir molekülünü sindirme sürecinde görevli olan moleküllerin iyi tanınması ve bu sürecin detayları ile anlaşılması, selülozun maksimum verimlilikte ve daha kısa sürelerde sindirilmesi ile açığa çıkacak olan enerjinin, temiz bir enerji kaynağı olarak da kullanılmasının önünü açacaktır. Bitkisel maddelerin böylelikle yüksek-oktanlı, kolay aktarılabilir ve sıvı enerji kaynaklarına çevrilmesi iyi bir potansiyel enerji kaynağı olarak kullanılmasını sağlayacaktır. Ne var ki, selüloz gibi düz zincirli sağlam büyük moleküllerin, maksimum verimlilikte sindirilmesi de çok zor bir, sanayii ve moleküler süreçtir.

F. succinogenes S85 üzerinde yapılan bu araştırmalar ise, enzimatik ve hücre dışı selüloz sindirim süreçlerinin biyoyakıtlara dönüştürülmesi optimizasyonu için son derece ciddi bir önem arz ediyor. Canlının selüloz sindirimi mekanizmaları üzerine üç ayrı deney dizayn ederek uygulayan araştırmacılar, birincisinde selüloz ve glikoz üzerinde büyütülmüş olan bakterilerin RNA dizilemesini (hangi RNA tiplerinden , hangi genlerin RNA ürünlerinden, ne kadar ve ne kalitede bulunuyor olduğunun genel tespiti) gerçekleştirdi. İkincisinde bakteri periplazmasında bulunan proteinlerin çeşitleri ve görevli oldukları mekanizmalar incelendi ve böylelikle selüloz sindirim sürecinde görevli olan (dolaylı veya direkt) birimler tespit edildi. Üçüncü olarak da, bulunan birimler, proteinler ve enzimler kütle spektrometrisi yöntemi ile büyüklük, özellik ve çokluklarına göre analiz edildi.

Gelecek araştırmalarda genetik olarak bu birimleri üreten genlerin, tek tek çıkarılması ile maksimum verimin hangi enzimlerin varlığında alınabileceği yönünde araştırmaların gerçekleştirilmesi düşünülüyor.

---

Kaynak : Meagan C. Burnet et al. Evaluating Models of Cellulose Degradation by Fibrobacter succinogenes S85, PLOS ONE (2015). DOI: 10.1371/journal.pone.0143809