Nyt promiskuøst enzym hjælper med at gøre planteaffald til bæredygtige produkter

En ny familie af enzymer er blevet opdaget, som baner vejen for at omdanne planteaffald til bæredygtige og værdifulde produkter som nylon, plast, kemikalier, og brændstoffer.

Opdagelsen blev ledet af medlemmer af det samme britisk-amerikanske enzymtekniske team, der, i april, forbedret et plastfordøjeligt enzym, et potentielt gennembrud for genbrug af plastaffald. (Kate tilføjer LINK)

Undersøgelsen offentliggjort i Naturkommunikation blev ledet af professor John McGeehan ved University of Portsmouth, Dr. Gregg Beckham ved US Department of Energy's National Renewable Energy Laboratory (NREL), Professor Jen Dubois ved Montana State University, og professor Ken Houk ved University of California, Los Angeles.

Den nye familie af enzymer er aktive på ligninens byggesten - en af ​​plantens hovedkomponenter, som forskere i årtier har forsøgt at finde en måde at bryde effektivt ned på.

Professor McGeehan, Direktør for Institute of Biological and Biomedical Sciences på School of Biological Sciences i Portsmouth, sagde:"Vi har samlet et internationalt team til opdagelse og konstruktion af naturligt forekommende enzymer. Enzymer er biologiske katalysatorer, der kan udføre utrolige reaktioner, nedbryde nogle af vores hårdeste naturlige og menneskeskabte polymerer.

"For at beskytte deres sukkerholdige cellulose, planter har udviklet et fascinerende kompliceret materiale kaldet lignin, som kun et lille udvalg af svampe og bakterier kan tackle. Imidlertid, lignin repræsenterer en enorm potentiel kilde til bæredygtige kemikalier, så hvis vi kan finde en måde at udtrække og bruge disse byggesten, vi kan skabe store ting. "

Lignin fungerer som stillads i planter og er centralt for vandforsyning. Det giver styrke og også forsvar mod patogener.

"Det er et fantastisk materiale, "Professor McGeehan sagde, "cellulose og lignin er blandt de mest rigelige biopolymerer på jorden. Plantes succes skyldes i høj grad den smarte blanding af disse polymerer til at skabe lignocellulose, et materiale, der er udfordrende at fordøje. "

Forskergruppen fandt en måde at frigive en vigtig flaskehals i processen med at nedbryde lignin til dets grundlæggende kemikalier. Resultaterne giver en vej til fremstilling af nye materialer og kemikalier såsom nylon, bioplast, og endda kulfiber, fra det, der tidligere har været et affaldsprodukt.

Opdagelsen giver også yderligere miljømæssige fordele - at skabe produkter fra lignin reducerer vores afhængighed af olie til fremstilling af dagligvarer og tilbyder et attraktivt alternativ til at brænde den, hjælper med at reducere CO2 -udledningen.

Forskergruppen bestod af eksperter i biofysik, strukturel biologi, syntetisk biologi kvantekemi, biokemi, og molekylær dynamik ved University of Portsmouth og NREL, og ved de amerikanske universiteter i Montana State, Georgien, og Californien og Brasiliens University of Campinas.

Sam Mallinson, en ph.d. studerende i strukturbiologi ved University of Portsmouth og første forfatter på papiret sagde:"Der er en mangeårig sætning-du kan gøre alt ud af lignin undtagen penge-men ved at udnytte enzymernes kraft, dette er indstillet til at ændre sig. Ved hjælp af avancerede teknikker, fra røntgenkrystallografi ved synkrotronen Diamond Light Source, til avanceret computermodellering, vi har kunnet forstå den detaljerede funktion af et helt nyt enzymsystem. "

Enzymet er en ny klasse af cytochrom P450, og det er promiskuøst, hvilket betyder, at det er i stand til at arbejde på en lang række molekyler.

Dr. Beckham sagde:"Dette nye cytokrom P450-enzym kan nedbryde en masse forskellige ligninbaserede substrater. Det er godt, fordi det betyder, at det derefter kan konstrueres til at være specialist for et specifikt molekyle, og vi kan udvikle det yderligere for at skubbe det ind en bestemt retning.

"Vi har nu en af ​​de mest kendte, alsidig, manipulerbare og udviklende klasser af enzymer klar til at gå som fodfæste for bioteknologi til at komme videre og gøre enzymet bedre. "

Forskningen kommer i hælene på en anden undersøgelse, der netop er offentliggjort i tidsskriftet PNAS , ledet af professor Ellen Neidle ved University of Georgia sammen med medlemmer af dette team, som fandt en måde at fremskynde udviklingen af ​​dette enzym på. Gruppen arbejder nu sammen for at opdage og udvikle endnu hurtigere enzymer til at gøre lignin til bæredygtige produkter af høj værdi.