Biobrandstoffen uit biomassa worden steeds belangrijker. Behalve biomethaan, echter, ze kunnen niet efficiënt worden geproduceerd, goedkoop en duurzaam omdat de huidige technologische complexiteit en kosten nog te hoog zijn. Gedeeltelijk de schuld is cellulose, een polysacharide en plantaardig bestanddeel dat niet in water oplosbaar is en dus moeilijk te verwerken is.

Typisch, bioraffinaderijen gebruiken een mix van hydrolytisch actieve enzymen die watermoleculen gebruiken om plantaardig materiaal af te breken - zoals gebeurt bij natuurlijke afbraakprocessen. Onlangs, Er werden oxidatieve enzymen ontdekt die zuurstof gebruiken en samenwerken met hydrolytische enzymen om cellulose efficiënter af te breken. Maar hoe werken deze oxidatieve enzymen – ook wel LPMO’s (lytische polysacharide monooxygenases) genoemd) precies, was niet bekend. In dit stadium gingen de Graz-wetenschappers aan de slag.

Met behulp van atoomkrachtmicroscopie, de onderzoekers konden voor het eerst enzymen aan het werk zien op het oppervlak van cellulosedeeltjes en direct bewijs leveren van hun activiteit. Sinds een aantal jaren, het Institute of Biotechnology and Biochemical Engineering heeft nauw samengewerkt met het Graz Center for Electron Microscopy.

Voor de studie die momenteel is gepubliceerd in Natuurcommunicatie , het hydrolytisch actieve enzym Trichoderma reesei CBH I, die al lang bekend is, werd waargenomen in een eerste stap. Het enzym adsorbeert op het oppervlak van een deeltje, beweegt langs een polysacharideketen en splitst stap voor stap steeds meer kleine onderdelen af. In een volgende stap, er is waargenomen hoe het gedrag van de enzymen verandert wanneer LPMO's aan het mengsel worden toegevoegd. En hier konden de onderzoekers vaststellen dat de LPMO's meer bindingsplaatsen op het oppervlak genereerden voor de hydrolytisch actieve enzymen, en dat de enzymdynamiek op het oppervlak aanzienlijk toenam.

Deze studie zal bijdragen aan een beter begrip van deze processen op basisonderzoeksniveau, en in een volgende stap de productie van biobrandstoffen zal vergemakkelijken. Gebruikelijk, in de chemie zijn we gericht op oplosbare producten, die gemakkelijk kan worden gemeten, om het begrip van een reactie te verdiepen. Echter, voor een reactie die plaatsvindt op een vast oppervlak is een dergelijke benadering niet haalbaar. We wilden de stap daarvoor observeren en documenteren, dat is, het proces van afbraak van cellulose, " zegt Manuel Eibinger, hoofdauteur van de studie aan het Institute of Biotechnology and Biochemical Engineering.

Bernd Nidetzky, hoofd van het Institute of Biotechnology and Biochemical Engineering aan de TU Graz:"Het gezegde komt in me op 'een beeld zegt meer dan duizend woorden'. In deze studie wilden we de processen documenteren zoals ze zich in de tijd voordoen. En dit is wat we zijn gelukt Te doen."