פטריות המסוגלות לפרק עץ

חוקרים מאוניברסיטת מסצ’וסטס חושפים את המנגנון המדויק באמצעותו פטריות שורש חומות מצליחות לפרק ביומסה של עץ, זאת ללא שימוש באנזימים.

לפני כעשרים שנים, המיקרוביולוג Barry Goodell, המשמש כעת כפרופסור באוניברסיטת מסצ’וסטס, ועמיתיו, גילו מערכת ייחודית שבה משתמשים מספר סוגי מיקרואורגניזמים על מנת לעכל ולמחזר עץ. כיום ידועים כבר שלושה זנים של פטריות שורש חומות המסוגלות לפרק ביומסה, אולם פרטי המנגנון של פרוק זה, לא היו ידועים, עד היום.

כעת, החוקרים מדווחים על פרטים חדשים אודות מנגנון בלתי צפוי זה, שבמפתיע אינו כרוך בפעילותם של אנזימים, אותם זרזים רגילים המשמשים בתגובות כימיות במערכות ביולוגיות. במקום זאת, הפטריות הללו עושות שימוש בביו-קטליזה לא אנזימטית, המבוססת על כלאטורים (חומרי לכידה) שטיבה “שונה לחלוטין ממנגנונים הנמצאים בכל מיקרואורגניזם אחר שנחקר עד כה”, מסביר החוקר הראשי. כלאטורים הינם תרכובות אורגניות הנקשרות ליוני מתכת, ובמקרה זה, הן גם מייצרות רדיקלים של הידרוקסילים, המעודדים פירוק של עץ תוך קבלת כימיקלים פשוטים היכולים לשמש כאבני בניין לסינתזה של חומרים מורכבים יותר.  ממצאי המחקר, המהווים תגלית מרעישה בתחום של ביו-קטליזה של פטריות המאפשרות המרה של ביומסה, מופיעים בגיליון האחרון של כתב העת המדעי Biotechnology for Biofuels. מסביר החוקר הראשי: “המחקר שלנו לגבי מערכות ביו-המרה של פטריות חשף מנגנון חדשני שיוכל לשמש בעתיד בבתי זיקוק ביולוגיים המיועדים לפרק ביומסה של עצים לשם קבלת כימיקלים פשוטים יותר שיוכלו לשמש לייצור ביו-פולימרים ומוצרי אנרגיה”.

פטריות שורש חומות מופיעות בחצי הכדור הצפוני והדרומי כאחת והן מפטריות הרקב הנפוצות ביותר בצפון אמריקה. מאחר ומין זה התפתח לאחרונה, יחסית, יש פחות זנים של פטריות שורש חומות בהשוואה לפטריות שורש לבנות. “יחד עם זאת, לאור יכולתן לפרק באופן יעיל עץ, פטריות שורש חומות הפכו למין השולט, בעיקר בפרוק של עצים רכים”, מסביר החוקר הראשי, כאשר מין זה אחראי כיום על כשמונים אחוזים מהמיחזור של פחמן ממקור של ביומסת עצים רכים בעולם, הנמצאים בעיקר ביערות האדירים בחצי הכדור הצפוני.

החוקרים מציינים כי רוב המיקרואורגניזמים משתמשים באנזימים על מנת לפרק תרכובות, אולם אנזימים הינם מולקולות ענק המחייבות ניצול אנרגיה רבה לשם ייצורם, זאת בשל תכולת החנקן הגבוהה שבהם. “עד היום, המדענים סברו כי פטריות אלו יוצרות חרירים בדופן התאים ומאפשרות בכך לאנזימים גדולים לחדור לתא. אולם, כפי שגילינו, המנגנון שונה בתכלית”. “הפטריות שחקרנו עושות שימוש במערכת קטליטית לא-אנזימטית המבוססת על כלאטורים במסגרת תהליך פשוט שמנצל מי-חמצן הנוצרים בתוך הפטריות יחד עם ברזל הנמצא בסביבה,” אומר החוקר הראשי. הוא מסביר: “משפחה זו של פטריות שורש חומות הצליחה לפתח מנגנון בעזרתו הן יוצרות רדיקלים של הידרוקסילים הרחק מהתאים עצמם, רדיקלים המפרקים את העץ. רדיקלים של הידרוקסילים הם בעלי פוטנציאל רב לנזק תאי, והם נחשבים כחומרי החמצון העוצמתיים ביותר הידועים במערכות ביולוגיות.

החוקרים מוסיפים ומציינים כי הפטריות הללו אכן מייצרות מספר מוגבל של אנזימים, אולם אלו מבצעים את פעילותם רק לאחר סיומו של המנגנון הלא-אנזימטי. הכלאטורים מהווים מטבוליטים משניים, וחקר תפקודם בשיטות גנומיות רגילות מאתגר במיוחד. “בעזרת שיטות מתקדמות רבות,” מסביר החוקר, “הצלחנו לזהות תרכובות קטנות במיוחד הנכנסות לתאים דרך הדופן. משפחה זו של פטריות התפתחה בדרך המאפשרת להן לפרק את המצע של העצים, תחילה על ידי החדרת כלאטורים לתוך דופנות התא ואז לייצר מי-חמצן מתוך חמצן, ויחדיו לפרק את דופנות התאים לקבלת הסוכר המהווה את אבן הבניין הבסיסית של העץ, גלוקוזה, שבה יכולות הפטריות להשתמש בתור דלק. בצורה זו הפטריות הללו מעכלות, ובסופו של דבר גם מפרקות לחלוטין, את העץ”, מסביר החוקר הראשי.

• מאמר המתאר את ממצאי המחקר
• הידיעה על המחקר