Nieuw onderzoek onder leiding van het National Institute of Standards and Technology (NIST) onthult hoe afvaletende, compostvormende bacteriën enzymen gebruiken om complexe koolstofverbindingen te verteren die in alles voorkomen, van gebruikte bakolie tot oude kleding gemaakt van katoen.

De bevindingen, vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications, zouden op een dag kunnen leiden tot recyclingprocessen op industriële schaal waarbij voedselafval, katoen en ander organisch materiaal in nieuwe producten worden omgezet. Het zou ook de weg kunnen vrijmaken voor een efficiëntere omzetting van plantaardig materiaal in biobrandstoffen.

"Deze enzymen helpen koolstofrecycling in het milieu mogelijk te maken, en we kunnen de kennis over hoe ze werken mogelijk gebruiken om betere versies te ontwikkelen voor recyclingdoeleinden", zegt NIST-microbieel bioloog Adam Guss.

Een van de belangrijkste onderdelen van de koolstofcyclus is de afbraak van organisch materiaal (alles van oude bladeren tot katoenen kleding tot dode micro-organismen) door bacteriën en schimmels. Dit afbraakproces brengt waardevolle koolstof en voedingsstoffen terug naar de bodem, waar het nieuw leven kan voeden, zolang het organische materiaal biologisch afbreekbaar is. Synthetische of sterk bewerkte organische materialen worden doorgaans niet goed afgebroken, en dit is een groot probleem voor het milieu geworden.

Maar bepaalde enzymen die bekend staan ​​als lytische polysacharide mono-oxygenasen (LPMO's) zorgen ervoor dat sommige bacteriën en schimmels de taaie buitenkant van anders onverteerbaar organisch materiaal kunnen omzeilen, waardoor de microben de interne delen van de moleculen kunnen afbreken voor voedsel en energie.

Zoals hun naam doet vermoeden, gebruiken LPMO's zuurstof en metaalionen zoals koper of ijzer om op suiker gebaseerde moleculen, bekend als polysachariden, af te breken die deel uitmaken van de steigers van plantencelwanden in bladeren en katoenvezels, evenals in de exoskeletten van chitine. -bevattende schimmels en insecten.

Het NIST-onderzoek concentreerde zich op een LPMO geproduceerd door een bacterie genaamd Streptomyces coelicolor, een soort waarvan bekend is dat hij plantaardig materiaal afbreekt als onderdeel van het compostvormingsproces. De bacteriële LPMO was in staat polysachariden op atomair niveau af te breken zonder de ‘ruggengraat’ van de cellulose te verstoren, wat een veelbelovend kenmerk is voor de toekomstige productie van biobrandstoffen.

Een verscheidenheid aan andere microben produceert ook LPMO's, maar onderzoekers beginnen pas te begrijpen hoe ze werken. Naarmate er meer wordt geleerd over de diverse LPMO's in de natuur, wordt het mogelijk mogelijk om ze in verschillende microben te transplanteren, waardoor fabrieken ontstaan ​​voor het recyclen van plastic en andere moderne verbindingen die niet goed afbreken in het milieu.

"In de natuur helpen LPMO's schimmels bij het afbreken van bladafval in de zure, voedselarme bodem van bossen", zei Guss. "We willen de kracht van deze enzymen benutten voor industriële processen met behulp van microben die het beste werken bij hogere pH-waarden en hogere temperaturen. Vervolgens kunnen we nadenken over grootschalige recycling, waarbij we bacteriën kweken of ontwikkelen met de juiste LPMO's, ze voeden organisch afval en haal nuttige en waardevolle producten – zoals duurzame brandstoffen of bioplastics – aan de andere kant eruit."