这是一项艰巨的工作，但总得有人去做。在这种情况下，“工作”是木质素的分解，木质素是赋予茎、树皮和树枝标志性木质的结构性生物聚合物。作为地球上最丰富的陆地聚合物之一，木质素围绕着有价值的植物纤维和其他分子，这些分子可以转化为生物燃料和其他商品化学品——如果我们只能通过坚硬的植物细胞壁。
幸运的是，通过厌氧微生物的作用，牛、山羊和绵羊依靠厌氧微生物释放生物聚合物背后的营养物质，这一相当费力的过程已经在大型食草动物的肠道中发生。在《自然微生物学》杂志上发表的一篇论文中，加州大学圣巴巴拉分校化学工程和生物工程教授MichelleO'Malley实验室的研究人员证明，一组厌氧真菌——新美鞭毛菌——可以胜任这项任务。
他们与美国能源部(DOE)联合基因组研究所、劳伦斯伯克利国家实验室、联合生物能源研究所和五大湖生物能源研究中心的同事合作开展了这项工作。
“你可以将木质素视为植物的骨骼系统，”奥马利说，他的研究重点是从原本被视为植物废料的物质中寻找和获取替代能源和化学品。此外，她说，木质素具有使植物抵抗酶和病原体物理降解的特性。“木质素非常重要——它提供了坚固性和结构，但由于完全相同的原因，它同样难以分解。”
几十年来，人们一直认为木质素只有在氧气存在的情况下才能降解。“这需要时间，并且取决于某些化学物质——比如自由基——据每个人所知，只有在氧气的帮助下才能产生这种物质，”奥马利解释道。
然而，一直以来都有迹象表明，大自然有不止一种剥离木质素的方法。在工业生物质世界中，为了获得木质素背后的纤维素和半纤维素，植物生物质通常必须经过预处理。但在O'Malley实验室对厌氧微生物的研究中，从来没有必要进行预处理。
“我们从来不需要从那里提取木质素，因为我们使用的真菌很乐意自己提取纤维素和半纤维素，”她说。“因此，这些真菌可以在未经预处理的植物生物质上生长这一事实始终是一个独特且不寻常的特征，我们假设它们必须有一种移动木质素的方法。”
为了确定答案，O'Malley实验室对Neocallimastigomycetes组的成员进行了实验。该研究的主要作者TomLankiewicz在无氧环境中在杨树、高粱和柳枝稷上培养了其中一些真菌。选择这三种类型的生物质是因为木质素在自然界中存在的各种方式，从柔软的草茎和叶子到更坚硬的杨木。此外，美国能源部将这些植物视为生物燃料和生物基产品的潜在原料。
然后，该团队在处理坚韧纤维时跟踪了真菌的进展，发现确实，Neocallimastixcaliforniae确实破坏了植物的刚性细胞壁。使用核磁共振等先进的成像技术，他们可以在缺氧的情况下识别特定的木质素键断裂。
“就人们如何看待木质素在没有氧气的情况下的命运而言，这确实是一种范式转变，”奥马利说。“你可以扩展它以了解木质素在堆肥堆、厌氧消化池或没有氧气的非常深的环境中会发生什么。它推动了我们对这些环境中生物质发生了什么的理解，并改变了我们对什么是什么的看法。可能以及那里发生的事情的化学反应。”
虽然这项研究证明木质素可以在无氧环境中被真菌分解，但研究人员面临的下一个挑战是找出确切的分解方法。是否有酶介导这个过程?这是一般厌氧菌的特征吗?与任何有趣的研究一样，每个答案都会引出更多问题——这些问题会引发更多研究和富有成果的合作。
“当然，这不仅仅是一项实验室工作，”奥马利说。“这之所以成为可能，只是因为我们有这么多合作者，他们把他们不同类型的专业知识带到了桌面上。”