Zvětšit obrázek

Tak nějak si v současnosti představujeme vývojový strom Archaeí nakolik se změní po sekvenování se zatím můžeme jen domnívat.

Zvětšit obrázek

Elizaveta Alexandrovna Bonč-Osmolovskaja: „Zatímco čtyři nejbližší příbuzní těchto prastarých organismů ani nerozkládají celulózu, ani nevyrábí vodík, Desulfurococcus. fermentans dovede obojí.“Ostatní „příbuzní“ získávají energii pro svůj život tím, že redukují síru na sirovodík.“

Všechno začalo tím, že Elizaveta Alexandrovna Bonč-Osmolovskaja a její kolegové z mikrobiologického ústavu Ruské akademie věd objevili na poloostrově plném sopek – Kamčatce – vzácná archaea z kmene Crenarchaeota. Na tom by ještě nebylo nic až tak zvláštního, mikrobiologie občas s podobnými objevy přichází. Zvláštní bylo životní prostředí, ve kterém se tato podivná archaea vyskytovala: byla objevena v kaldeře Uzon zaplavené vodou, ale pokud byste do této vody ponořili ruku, asi byste pěkně rychle ucukli – měla místy přes 80 °C. Tím ale zvláštnosti nově objeveného organismu nekončí. Ještě neobvyklejší je jeho metabolismus, který dokáže doslova „rozcupovat“ obrovské molekuly celulózy na kousky a přitom „vydechovat“ vodík. Tento mikroorganismus se vědecky nazývá Desulfurococcus fermentans. A žije z toho, že degraduje celulózu z rostlinných těl, které napadaly do horké vody kaldery.

Když členové Ruské akademie věd objevili a popsali vlastnosti vzácných mikroorganismů rozkládajících celulózu a produkujících vodík, napadlo Biswarupa Mukhopadhyaye, odborného asistenta při Virginia Bioinformatics Institute na Virginia Tech, zda by se jejich vlastností nedalo nějak využít. Viděl v tom jasnou příležitost vedoucí k vývoji technologie výroby vodíku z celulózy při vysoké teplotě. „Vodík by pak mohl být snadno přeměněn na elektrickou nebo mechanickou energii bez jakékoliv produkce oxidu uhličitého,“ řekl Mukhopadhyay, jehož laboratoř se specializuje na výzkum hypertermofilických archaeí.

Tato hypertermofilická archaea rostou nejlépe při teplotě 80 až 82 stupňů Celsia. „Schopnost fungovat při takových vysokých teplotách má dvě zásadní výhody – jednak probíhají všechny rozkladné pochody rychleji a navíc archea produkující vodík nebudou mít v bioreaktoru prakticky žádnou konkurenci. Většina mikroorganismů takové prostředí nevydrží,“ řekl Mukhopadhyay.

Zvětšit obrázek

Geotermálně značně aktivní oblast kaldery Uzon na Kamčatce je domovem vodík produkujícího archaea Desulfurococcus fermentans. (Foto: Elizaveta Alexandrovna Bonč-Osmolovskaja z Ruské akademie věd)

Na konferenci „Thermophiles 2007“ v norském Bergenu projednával Mukhopadhyay spolupráci s Bonč-Osmolovskou, Haruyukim Atomi z Kyoto University a Toddem Lowe z University of California v Santa Cruz. Spolupráci nabízí také Venkat Gopalan z Ohio State University a Nikosem Kyrpidesem a Iain Anderson z US Department of Energy Joint Genome Institute (JGI).

Biswarup Mukhopadhyay: „Protože vodík blokuje růst většiny fermentujících archaeí, tak jej produkují jen velmi vzácně. Ale D. fermentans nemá s vodíkem potíže. A my chceme zjistit proč tomu tak je. Jedním z možných způsobů jak to zjistit, je porovnání genomů D. fermentans a jeho příbuzných, u nichž tato zvláštní schopnost není vyvinuta.“

Mukhopadhyayova laboratoř již začala fyziologické studie u D. fermentans. Poskytly některé informace o růstu a kinetice výroby vodíku na celulózových a škrobových substrátech. Nyní by mělo nastoupit čtení genomů D. fermentans a dvou jeho blízkých příbuzných. Čtení bude financováno z programu Joint Genome Institute’s Community Sequencing Program. Sekvenovány budou i genomy dalších organismů potenciálně využitelných v biotechnologiích dotýkajících se energetiky. Organismy k analýze v rámci tohoto programu jsou vybírány z návrhů vědeckých týmů podle stupně zájmu vědecké obce a podle posouzení možnosti rychlého využití získaných výsledků. O perspektivnosti výzkumu na zmíněných archeích svědčí také to, že Joint Genome Institute projekt zaměřený na hypertermofily (A Comparative Genomics Investigation on Hydrogen Production from Cellulosic Materials and Starch by a Hyperthermophilic Archaeon), schválil již v polovině června.

Joint Genome Institute již zkoumal některé z příbuzných D. fermentans. Šlo o síru redukující organismy a o snahu vyplnit znalostní mezery v Genomické encyklopedii bakterií a archaeí (GEBA).
„Až budeme mít genomovou informaci o D. fermentans, která rozkládá celulózu a vyrábí vodík a informace o třech jeho blízkých příbuzných, které tyto žádoucí vlastnosti nemají, posune nás to jak v poznání mikrobiálního rozkladu celulózy, tak v možnostech produkce vodíku vpřed,“ řekl Mukhopadhyay.

Jedno z horkých vřídel s výskytem perspektivního mikroorganismu.

Zdroj: Virginia Tech, http://jgi.doe.gov/.