В Чили обнаружены бактерии, вырабатывающие углеводороды

Микробиолог Гэри Стробел побывал в дебрях почти всех тропических лесов на планете: в лихой красной шапочке он играл с лемурами на Мадагаскаре и смотрел в глаза гремучей змее в Эквадоре. Стробел прочесывает джунгли в поисках необычных бактерий и грибков, складывает добычу в герметичные пакеты и отвозит в свою лабораторию в Университете штата Монтана.

Стробел ищет эндофиты — это микробы, живущие на любом растении в симбиозе с ним. Симбиоз этот нередко побуждает эндофиты вырабатывать новые полезные вещества. «Мать-природа не работает с одиночными структурами. Все получается во взаимодействии», — говорит ученый. За три десятилетия 70-летний Стробел передал права на использование более 20 образцов эндофитов компаниям вроде Eli Lilly, Chevron and Dow Chemical.

Пройдут годы, прежде чем выяснится, что именно нашел в джунглях Стробел. В 2001 году он привез из патагонских лесов Чили прутья эвкрифии сердцелистной, на которых жил грибок Gliocladium roseum. И только в 2007 году Стробел обнаружил, что грибок выделяет уникальную смесь летучих газов. «Когда я понял, что это за газы, у меня даже волосы на руках встали дыбом», — вспоминает он. Октан, гептан, петан, сложные эфиры нонанола, гептанола, гексанола — все это углеводороды, которые входят в дизельное топливо.

Этот «микодизель» (myko по- гречески «гриб») имеет шанс стать его крупнейшим открытием. Ведь теоретически газы можно сжижать и подавать в двигатель, но коммерческий успех не гарантирован. Рынок биотоплива сильно зависит от цены на нефть — чем она дешевле, тем ниже себестоимость традиционных видов топлива.

Первопроходец в области геномики Крейг Вентер и венчурные капиталисты из Kleiner Perkins Caufield & Byers предложили лицензировать идею Стробела. Однако Университет штата Монтана предложение отклонил и предпочел разрабатывать микодизель совместно с Йельским университетом, где факультет биофизики возглавляет сын Стробела Скотт. Исследователи из Йеля уже расшифровали геном грибка и в апреле получили исследовательский грант на $5 млн от Министерства обороны США.

Открытие Стробела — закономерный результат всей его работы. В 1970-е годы он совершил свой первый прорыв. Гуляя по пшеничному полю, пораженному бактериальной инфекцией, он заметил, что на некоторых растениях нет признаков болезни. И выяснил причину — защитником колосков пшеницы была эндофитная бактерия, которая выделяла вещество, названное псевдомицином. Исследования показали, что эти бактерии также побеждают голландскую болезнь вязов.

В 1987 году Стробел обработал бактериями десяток молодых вязов, росших на территории Университета штата Монтана. После этого его обвинили в применении несертифицированного пестицида, стали угрожать штрафами и даже тюремным заключением. «Сначала я рассмеялся, мне показалось, что это глупо», — вспоминает Стробел. Но вскоре ему стало не до смеха: пришлось давать показания на слушаниях в Сенате США. На первой полосе «Нью-Йорк Таймс» была помещена фотография: Стробел со слезами на глазах валит деревья бензопилой.

Eli Lilly лицензировала найденный Стробелом псевдомицин за $100 000 и потратила еще $50 млн, пытаясь сделать на его основе противогрибковое лекарственное средство, но этот проект был признан нерентабельным. Стробел надеется, что когда-нибудь найденное им вещество станет основой противогрибковых мазей и леденцов для горла. Производители бананов в Южной Америке уже начали использовать его в качестве экологически безопасного пестицида.

Перед полевыми работами Стробел теперь заручается официальным разрешением брать образцы грибков, часто в обмен на обещание отчислений в случае коммерческого использования. Вернувшись, он в чашках Петри растит эндофиты.

В 1993 году Стробел прославился еще одним открытием. Он обнаружил, что таксол (первое противораковое лекарство, приносящее компании-производителю Bristol-Myers Squibb $1 млрд в год) вырабатывается не только тихоокеанским тисом, как прежде считалось, но и грибком, живущим в его коре. Он обнаружил, что многие вещества растительного происхождения на самом деле вырабатываются эндофитами. Исследование показало, что таксол можно получать путем ферментации грибка в чанах, но пока добыча его на деревьях остается более рентабельной. «Со временем мы научимся ферментировать его быстрее», — уверен Стробел.

Затем последовало открытие, предвосхитившее микодизель. В 1997 году Стробел заполнил ящик чашками Петри с эндофитами, собранными в джунглях Гондураса. Два дня спустя все культуры, кроме одной, оказались мертвы. Выживший грибок Muscodor albus убил остальные, поразив их газом. Стробел утверждает, что эта газовая смесь, безвредная для человека, является одним из самых эффективных из известных антибиотиков. Он продал лицензию на Muscodor albus фирме Agraquest, которая производит с его помощью почвенный фумигант, а также другим фирмам, которые используют его для переработки отходов в биотуалетах.

Один грибок, вырабатывающий газы, помог обнаружить следующий. Стробел решил проверить, может ли какой-нибудь эндофит из его коллекции выдержать атаку M. albus. Он подверг действию газов сотни культур; два десятка выжило. И лишь один эндофит, красноватый Gliocladium roseum, также выделял различимые приборами газы, которые Стробел пытается превратить в жидкое топливо.

Микодизель захватил воображение Скотта Стробела, и он предложил отцу поработать вместе. «Мой отец — своего рода геологоразведчик, — говорит Скотт. — Он мог бы посвятить всю карьеру таксолу, но предпочел найти еще что-нибудь замечательное. Я же скорее рудокоп — хочу основательно разобраться с этим».

Первичные исследования показывают, что на каждый грамм пищи, которую дают грибку (целлюлоза, сахара и т. д.), он вырабатывает лишь 10 мг дизельного топлива. Дрожжи (тоже грибок) дают 500 мг этанола на каждый грамм кукурузного крахмала. Стробел надеется, что со временем ученые добьются от грибка большей производительности.

Сейчас биодизель производится путем очистки растительных масел вроде соевого и рапсового. Стробел предвидит, что микодизель будет производиться так же, как этанол: улучшенные гены по производству дизеля будут перенесены от грибка к дрожжам, а затем их будут кормить зерном или другими растительными сахарами. Дрожжи растут гораздо быстрее, чем G. roseum, так что этот метод ускорит производство. Ученый говорит, что этаноловые фабрики можно будет переоборудовать для выпуска микодизеля, который гораздо легче транспортировать, чем этанол (разъедающий трубопроводы), и проще смешивать с моторным топливом нефтяного происхождения.

У Стробела есть смелая гипотеза: грибки вроде этого участвовали в синтезе природной нефти. Геофизики утверждают, что нефть образовывалась из органических веществ под влиянием высокого давления и температуры на протяжении миллионов лет. «Когда я сравниваю химический состав продуктов этого грибка с составом нефти, у меня возникает подозрение, что часть сырой нефти должна была образоваться в результате биологических процессов», — говорит Стробел.