Ny indsigt i, hvordan cellulose er bygget, kunne tyde på at bryde det fra hinanden for biobrændstoffer

Et team af forskere har fået ny indsigt i, hvordan cellulose, det mest udbredte organiske materiale på Jorden og rygraden i plantecellevægge, bygges og vedligeholdes, og hvordan denne proces kan forstyrres. De fandt ud af, at en gruppe enzymer kaldet cellulosesyntaser arbejder i teams og arbejder med en grad af præcision og koreografi, som ikke var set i andre biologiske systemer.

Resultaterne, rapporteret i tidsskriftet Science, kan potentielt guide videnskabsmænd i at udvikle nye og mere effektive måder at nedbryde cellulose til sukkerarter, der kan fermenteres til at producere biobrændstoffer, såsom ethanol.

"Med dette arbejde har vi nu en forbedret plan for cellulosesyntasekomplekser, som vi kan udnytte til produktion af biobrændstoffer, bioprodukter og næste generation af biobaserede materialer," sagde Alexander Auer, en forskningsmedarbejder ved DOE's Joint Bioenergy Institute (JBEI) ) og hovedforfatter af undersøgelsen.

En tredjedel af verdens afgrødejord bruges til at dyrke råmaterialer til transportbrændstoffer, og næsten alt det råmateriale er planter, ifølge JBEI. Sukkeret i planter kan gæres til biobrændstoffer, såsom ethanol, men sukkeret er låst inde i plantens cellevægge i form af cellulose og andre genstridige materialer, der er svære at bryde fra hinanden.

Forbehandling af plantematerialet med cellulaseenzymer, som nedbryder cellulosen, kan hjælpe med at frigive disse sukkerarter, men denne proces kan være dyr og ineffektiv og kræver dyre enzymer, som er svære at producere i stor skala.

Forskerne i denne undersøgelse, med støtte fra DOE's Bioenergy Research Center, brugte atomkraftmikroskopi, som gjorde det muligt for dem at se med næsten molekylær opløsning, hvordan cellulosesyntaser bevægede sig hen over en overflade. De fandt også placeringen og organisationen af ​​det cellulosebiosyntetiske maskineri, der var ansvarlig for at organisere, hvordan cellulose bygges og vedligeholdes.

"Komplekset har en næsten krystallinsk organisation, som hjælper de mange underenheder, som er ansvarlige for at syntetisere cellulose, til at bevæge sig præcist og effektivt langs et meget defineret spor, mens de bygger cellulose," sagde Auer. "At forstyrre dette indviklede, meget velordnede maskineri åbner nye strategier for at gøre nedbrydningen af ​​cellulose mere effektiv."

Auer sagde, at resultaterne vil "guide fremtidige tilgange til proteinteknologi og syntetisk biologi for at øge effektiviteten og reducere omkostningerne ved enzymatisk omdannelse af cellulose til brændstoffer og andre salgbare produkter."