https://frosthead.com

Termittmage og biodrivstoff

Falk Warnecke kikket ned gjennom et montert forstørrelsesglass og pirket forsiktig på en liten bunke med feil. De var døde - frosset og dynget på en avkjølt metallblokk som kaffegrut som ble støttet på en skje. Med et par fine tippet tang grep han et av insektene i bunnen av brystkassen og løftet det fra blokka. Den var brun, og neppe større enn en øyenvippe. Med en annen tang, klemte han enden av magen. Han slep forsiktig, og trakk den i to. En skinnende, rødlig streng skled glatt ut av eksoskjelettet. Warnecke smilte. "Det er bra med termitter, " sa han med et tykt aksent. "Du får hele tarmen i ett stykke."

Warnecke vil ikke at termittens VVS skal rives og innholdet blandes rundt. Det er innholdet han er interessert i. Tarmen har bulbøse kammer som er hovne med store mengder mikrober som termittene bruker for å bryte ned cellulose fra treverket eller gresset insektene konsumerer. Når han ikke kaller termitter for "søte små dyr", omtaler han dem som "vandrende bioreaktorer", og anser deres saftige interiør som et slags flytende gull. Foreløpig er han bare interessert i den største pæren på strengen, det som er kjent som det tredje proctodeal-segmentet, eller i det sproglige av mikrobiell økologi, "hindgut punch." Dette mikrometerstørrelsen - mye større enn de omkringliggende tarmseksjonene og lett skille med det blotte øye - er hjemmet til et distinkt samfunn av mikrober som noen tror kan bidra til å løse energikrisen.

Warnecke, forsker ved US Department of Energy's Joint Genome Institute i Walnut Creek, California, har skapt mye oppmerksomhet i det siste for sitt arbeid med termitter. Insektene er bemerkelsesverdig effektive til å gjøre cellulose om til sukker - det første trinnet i å lage drivstoff fra planter som switchgrass eller poppeltrær. Forskere kan ikke konkurrere med termitter. De kan bryte fra seg cellulosens tøffe bindinger i laboratoriet, men enzymene de bruker er vilt, uoverkommelig dyre. Det er der Warnecke kommer inn. Forskningen hans har noen mennesker som saliver for utsiktene til å dyppe ned i termittenes mikrobielle gryterett og trekke frem noen få enzymer som til slutt vil gjøre det mulig å produsere etanol fra cellulose i industriell skala.

Ved å legge tangen til side, plukket Warnecke opp to lange nåler og dyttet vekk termittens lemmer og ryggkar. Han la en dråpe buffervæske på tarmen for å holde den fuktig, og fortsatte deretter med å angripe den svulmende hindgutpansen, og gjentatte ganger stakk den blanke pæren til innholdet ble sølt ut og blandet med bufferen for å danne en oppslemming av enzymer og cellulosefragmenter. Med pipetten hans sugde han opp litt av væskemasken og sprutet den inn i et plastrør. Han håper å kunne identifisere de cellulosedegraderende enzymene i potetmos, men han må først finne ut hvilke bakterier som gir tarm og som hvilke som faktisk fungerer for å fordøye cellulose.

På været på morgenkvelden når været er bra, sykler Warnecke til BART-toget og tar det fra Berkeley gjennom åsene til den eksklusive forstaden Walnut Creek. På jernbanestasjonen hopper han tilbake på sykkelen og pedaler et par mil forbi ryddige stripesentre og bensinstasjoner til Joint Genome Instituts frodige, industriparklignende campus. DOE åpnet instituttet i 1997 for å fungere som sentrum for Human Genome Project, som dechiffrerte sekvensen av basepar i vårt DNA Prosjektet ble avsluttet i 2003, men JGI er fortsatt et globalt knutepunkt for genomsekvensering og kartlegging. Inne i bygningens forgrenende labyrint av laboratorier og kontorer sitter nesten hundre sekvenseringsmaskiner i størrelse med vaskemaskiner og humrer og venter på DNA- og RNA-prøver sendt hit for analyse av forskere over hele verden.

Warnecke, som fikk sin doktorgrad ved Max Planck Institute for Marine Microbiology i Bremen, Tyskland, har tilegnet seg en enda mer sjelden kompetanse innen Walnut Creek. Han er en del av et lite band med mikrobiologer som har forlatt agarplatene sine for et relativt nytt felt kjent som metagenomikk, som innebærer å analysere DNA direkte fra miljøprøver, som termitt tarmer eller en skje med havoverflatevann, i stedet for fra dyrkede celler.

Det amerikanske energidepartementet Falk Warnecke studerer termitter i håp om å bidra til å løse energikrisen (Julia Olmstead) Termittfordøyelse av tremasse er gjenstand for forskning på potensielle nye biodrivstoff (iStockphoto)

"Mikrobiologer har sannsynligvis alltid mistenkt at de manglet noe mangfold, " sa Warnecke. I de tidlige dagene av genomsekvensering vokste forskere en enkelt type mikroorganisme av gangen, og deretter ekstrahert og sekvensert DNA fra disse cellene. Å suge en tilfeldig samling mikrober rett ut fra magen til en termitt og håpe å sekvensere og sortere hver enkelt bakteriens genetiske materiale ville ha virket lydig, om ikke umulig.

Warnecke, som på 35 år ser ut som en frisk ansiktet Vladimir Putin, anser seg som en oppdagelsesreisende på laboratoriebenken. Det som plukker hårene bak på nakken hans er letingen etter nye enzymer - en kartlegging av nye, og veldig, veldig små territorier. "Det er som å være den første personen som ser sommerfugler, " sier han.

Når han beveget seg på laboratoriekrakken, begynte Warnecke å finne seg til rette i prosessen han ville tilbringe resten av dagen på å bli ferdig. Han justerte vernebrillene og latekshanskene hans, plukket opp en annen termitt og startet nedbrytningsprosessen på nytt. Denne termitten, en Nasutitermes corniger, var brun som de andre og hadde et skinnende, ribbet mage. Det øyenløse, runde hodet hadde to tapper som stikker ut fra toppen. Termitter i slekten Nasutitermes lever av tørt død ved. Denne, før den ble frosset og sendt hit fra Florida, hadde vært en arbeider, et medlem av kastet, delvis belastet med å finne og bearbeide cellulose for å mate et reirs soldater og reproduktiv kongelige.

Nasutitermes er en slekt nær hjertet av Warnecke. En metagenom studie som han gjorde med slekten i 2007, avdekket en trove av ny informasjon om hva som foregår inni insektenes mage. Ikke bare oppdaget han og kollegene tidligere ukjente enzymer, men de bekreftet også at i klassen av såkalte "høyere" termitter syntetiserer hindgut-dwelling-bakterier disse enzymene - bare en spekulasjon før Warneckes studie. Dette arbeidet fikk ham førsteforfatter på et papir i det prestisjetunge tidsskriftet Nature. Etter det kom en mengde medieinteresse, foredragsforespørsler, og nå et tilskudd på $ 240 000 fra Energy Biosciences Institute - UC Berkeleys nye biodrivstoffsatsing med BP - for å bruke de neste to årene på å utforske termitt tarmer, denne gangen med tre forskjellige gressmatede arter.

Warneckes forhold til termitter har preg av en genial besettelse. På helgeturer gjennom Tilden Park i Berkeley-åsene, slipper Warnecke pinner og håndfuller mykt skogstrø i lommene. Han tar søppel tilbake til leiligheten sin og drysser det i et terrarium, hjem til noen hundre termitter han har samlet fra villmarken i California. Disse insektene er ikke for å splitte fra hverandre, men bare for å ta vare på. "Jeg vet ikke helt hva jeg skal mate dem, " sa han, "men jeg tror de er glade." Warnecke er en pliktoppfyllende kurator for det lille; han serverer små organismer og deres mikroskopiske indre hav.

På laboratoriet feide Warnecke en bunke med nå-tint termittbiter med hånden og kastet dem i en biohazard-søppelkasse. Han var ferdig med å degutere sitt første sett - femti per rør - og gikk for å hente en fersk samling fra fryseren på den andre siden av rommet. Han er voldelig mot dem, men hans kjærlighet for termitter er åpenbar. Arbeidets grønne energipotensiale etterlater Warnecke imidlertid for det meste ikke. Han vil gjerne debattere muligheten for biodrivstoff, men sier temaene ikke animerer ham.

Han åpnet det nye røret med termitter og helte en liten haug på metallblokken. Han ville fly neste dag til Europa for å holde en runde med foredrag om sitt termittarbeid for akademikere som er ivrige etter å være i forkant av forskning på cellulosedegradering. "Det er hyggelig å ha et anvendt aspekt, og jeg håper det vil være et nyttig bidrag, " sa Warnecke, og virker litt trett av all spenningen. "Men jeg er først og fremst interessert i den grunnleggende vitenskapen, det mikrobielle mangfoldet og symbiosen." Så plukket han opp en annen termitt, og delte den i to.

Termittmage og biodrivstoff