https://frosthead.com

Termite Bellies și Biocombustibili

Falk Warnecke se uită în jos printr-o lupă montată și se băgă ușor la o grămadă mică de erori. Erau morți - înghețați și îngrămădiți pe un bloc de metal răcit, precum motivele de cafea se muiau pe o lingură. Cu o pereche de forceps cu vârf fin, a apucat unul dintre insectele de la baza toracelui său și l-a ridicat de pe bloc. Era maro și cu greu mai mare decât o geană. Cu un al doilea forceps, a înfipt capătul abdomenului. Se smulse ușor și o trase în două. Un șnur strălucitor, roșiatic a alunecat lin din exoschelet. Warnecke zâmbi. „Acesta este un lucru bun despre termite”, a spus el cu un accent gros german. „Intiți întreg intestinul dintr-o bucată”.

Warnecke nu dorește ca instalațiile termite să se sfărâme și conținutul său să fie amestecat. Este conținutul pe care îl interesează. Intestinul are camere bulboase care sunt umflate cu cantități vaste de microbi pe care termitele le folosesc pentru a descompune celuloza din lemnul sau iarba pe care insectele le consumă. Când el nu numește termitele „animale mici drăguțe”, el se referă la ele drept „bioreactorii de mers” și consideră interioarele suculente un fel de aur lichid. Deocamdată, îl interesează doar pe cel mai mare bec de pe sfoară, ceea ce este cunoscut sub numele de al treilea segment proctodeal sau, în vernacul ecologiei microbiene, „pârtia posterioară”. Acest compartiment cu dimensiuni de microlitru - mult mai mare decât secțiunile intestinale din jur și se distinge ușor cu ochiul liber - găzduiește o comunitate distinctă de microbi care unii oameni cred că ar putea ajuta la rezolvarea crizei energetice.

Warnecke, un cercetător la Departamentul SUA al Energiei pentru Genomul american din Walnut Creek, California, a generat o mulțime de atenții în ultima perioadă pentru munca sa cu termitele. Insectele sunt remarcabil de eficiente pentru transformarea celulozei în zahăr - primul pas în producerea combustibilului din plante precum iarba de plută sau plopii. Oamenii de știință nu pot concura cu termitele. Acestea pot rupe legăturile dure ale celulozei din laborator, dar enzimele pe care le folosesc sunt sălbatic, costisitoare prohibitiv. Acolo intervine Warnecke. Cercetările sale au unii oameni care salivează în perspectiva scufundării în tocanele microbiene ale termitelor și scoaterea unor enzime care ar face în cele din urmă posibilă producerea de etanol din celuloză la scară industrială.

Lăsând la o parte forcepsul, Warnecke a ridicat două ace lungi și a îndepărtat membrele termitei și carapa. El a pus o picătură de soluție tampon pe intestin pentru a-l menține umed și apoi a procedat să atace pâlpâia posterioară bombată, înțepând în mod repetat bulbul strălucitor până când conținutul său a fost revărsat și amestecat cu tamponul pentru a forma o suspensie de enzime și fragmente de celuloză. Cu pipeta, a aspirat o parte din „mușchiul” lichid și l-a stropit într-un tub de plastic. El speră să identifice enzimele care degradează celuloza din mușchi, dar trebuie mai întâi să-și dea seama care sunt bacteriile care afectează intestinul și care sunt efectiv la digerarea celulozei.

În dimineața săptămânii, când vremea este bună, Warnecke se deplasează către trenul BART și o ia de la Berkeley prin dealuri până la suburbia de lux a Walnut Creek. La gară, se ridică pe bicicletă și pedalează câțiva kilometri pe lângă mall-uri și benzinării îngrijite, până la campusul veritabil, parcul industrial din parcul Institutului Genome. DOE a deschis institutul în 1997 pentru a servi ca centru al Proiectului genomului uman, care a descifrat secvența perechilor de baze din ADN-ul nostru. Proiectul s-a încheiat în 2003, dar JGI rămâne un hub global de secvențiere a genomului și lucrări de cartografiere. În interiorul labirintului de ramuri al clădirii de laboratoare și birouri, aproape o sută de mașini de secvențiat de dimensiuni de mașini de spălat stau colibri, așteaptă probe de ADN și ARN trimise aici pentru analiză de oamenii de știință din întreaga lume.

Warnecke, care și-a obținut doctoratul la Max Planck Institute for Marine Microbiology din Bremen, Germania, a dobândit o expertiză și mai rarefiată în Walnut Creek. Face parte dintr-o mică trupă de microbiologi care și-au lăsat plăcile de agar pentru un câmp relativ nou cunoscut sub numele de metagenomică, care implică analiza ADN-ului direct din eșantioane de mediu, cum ar fi intestinele de termită sau o lingură de apă de suprafață din ocean, în loc de celule cultivate.

Cercetătorul Departamentului de Energie al SUA, Falk Warnecke, studiază termitele în speranța de a ajuta la rezolvarea crizei energetice (Julia Olmstead) Digestia termită a pulpei de lemn este obiectul cercetărilor asupra potențialelor noi biocombustibili (iStockphoto)

"Microbiologii au suspectat întotdeauna că le lipsește o anumită diversitate", a spus Warnecke. În primele zile ale secvențierii genomului, oamenii de știință au dezvoltat un singur tip de microorganism la un moment dat, apoi au extras și secvențiat ADN din acele celule. Pentru ei, suptul unei colecții aleatorii de microbi chiar din burta termitei și sperând să secvențeze și să sorteze materialul genetic al fiecărei bacterii ar fi părut într-un mod îndrăzneț, dacă nu chiar imposibil.

Warnecke, care la 35 de ani arată ca un Vladimir Putin cu față proaspătă, se consideră un explorator la banca laboratorului. Ceea ce înfige părul din spatele gâtului este căutarea unor enzime noi - un grafic al unor teritorii noi și foarte mici, foarte mici. „Este ca și cum ai fi prima persoană care a văzut fluturi”, spune el.

Intrându-se pe scaunul de laborator, Warnecke a început să se bazeze în procesul pe care-l va petrece restul zilei terminând. Și-a reajustat ochelarii de siguranță și mănușile din latex, a ridicat o altă termită și a început procesul de degresare din nou. Acest termit, un corniger Nasutitermes, era maro ca celelalte și avea un abdomen strălucitor, cu coaste. Capul său rotund, fără ochi, avea două clești care se lipeau de sus. Termitele din genul Nasutitermes se hrănesc cu lemn moart uscat. Acesta, înainte de a fi înghețat și expediat aici din Florida, fusese muncitor, membru al castei însărcinat, în parte, cu găsirea și prelucrarea celulozei pentru a hrăni soldații și regalitatea reproductivă a unui cuib.

Nasutitermes este un gen aproape de inima lui Warnecke. Un studiu metagenomic pe care l-a făcut cu genul în 2007 a descoperit o mulțime de noi informații despre ceea ce se întâmplă în interiorul pântecelor insectelor. Nu numai el și colegii săi au descoperit enzime necunoscute anterior, dar au confirmat, de asemenea, că în clasa așa-numitelor termitele „superioare”, bacteriile care locuiesc în derivați sintetizează aceste enzime - doar o speculație înainte de studiul lui Warnecke. Această lucrare i-a adus prima autoritate pe o lucrare din prestigiosul jurnal Nature. După aceasta a apărut un interes de media, cereri de prelegeri și acum o subvenție de 240.000 de dolari de la Energy Biosciences Institute - noul proiect de biocombustibili al UC Berkeley cu BP - pentru a petrece următorii doi ani în explorarea mai departe a gurii de termită, de această dată cu trei hrană diferită specii.

Relația lui Warnecke cu termitele are amprenta unei obsesii geniale. În plimbările din weekend prin Tilden Park în dealurile Berkeley, Warnecke alunecă în buzunare bățuri și mână de gunoi moale. El duce resturile în apartamentul său și îl presară într-un terariu, acasă la câteva sute de termite pe care le-a colectat din sălbăticia din California. Aceste insecte nu sunt destinate să se despartă, ci pur și simplu să aibă grijă. „Nu prea știu cu ce să-i hrănesc”, a spus el, dar cred că sunt fericiți. Warnecke este un curator îndrăzneț al micuțului; el servește mici organisme și mările lor interioare microscopice.

În laborator, Warnecke a măturat cu mâna o grămadă de bucăți de termită, acum dezghețate, și le-a aruncat într-un coș cu riscuri bio. Încetase să-și retragă primul set - cincizeci pe tub - și se duse să preia o colecție proaspătă de la congelatorul de pe cealaltă parte a camerei. El este violent cu ei, dar afecțiunea lui pentru termitele este evidentă. Potențialul de energie verde al operei sale îl lasă pe Warnecke în cea mai mare parte nemodificat. El va dezbate cu fericire fezabilitatea biocombustibililor, dar spune că subiectele nu îl animă.

A deschis noul tub de termite și a turnat o grămadă mică pe blocul metalic. A doua zi ar fi zburat în Europa pentru a da o serie de discuții cu privire la activitatea sa termită pentru academicieni dornici să fie în fruntea cercetării privind degradarea celulozei. "Este plăcut să ai un aspect aplicat și sper că va fi o contribuție utilă", a spus Warnecke, părând un pic obosit de toată emoția. „Dar sunt în primul rând interesat de știința de bază, de diversitatea microbiană și de simbioză”. Apoi a luat o altă termită și a împărțit-o în două.

Termite Bellies și Biocombustibili