Er is een nieuwe familie enzymen ontdekt die de weg vrijmaakt om plantaardig afval om te zetten in duurzame en hoogwaardige producten zoals nylon, kunststoffen, Chemicaliën, en brandstoffen.

De ontdekking werd geleid door leden van hetzelfde Brits-Amerikaanse enzym-engineeringteam dat, in april, verbeterde een plastic-verterend enzym, een potentiële doorbraak voor de recycling van plastic afval. (Kate om LINK toe te voegen)

De studie gepubliceerd in Natuurcommunicatie werd geleid door professor John McGeehan aan de Universiteit van Portsmouth, Dr. Gregg Beckham van het National Renewable Energy Laboratory (NREL) van het Amerikaanse ministerie van Energie, Professor Jen Dubois aan de Montana State University, en professor Ken Houk aan de Universiteit van Californië, Los Angeles.

De nieuwe familie van enzymen is actief op de bouwstenen van lignine, een van de belangrijkste componenten van planten, die wetenschappers al tientallen jaren proberen om een ​​manier te vinden om efficiënt af te breken.

Professor McGeehan, Directeur van het Instituut voor Biologische en Biomedische Wetenschappen van de School voor Biologische Wetenschappen in Portsmouth, zei:"We hebben een internationaal team samengesteld voor de ontdekking en engineering van natuurlijk voorkomende enzymen. Enzymen zijn biologische katalysatoren die ongelooflijke reacties kunnen uitvoeren, het afbreken van enkele van onze zwaarste natuurlijke en door de mens gemaakte polymeren.

"Om hun suikerhoudende cellulose te beschermen, planten hebben een fascinerend gecompliceerd materiaal ontwikkeld, lignine genaamd, dat slechts een kleine selectie van schimmels en bacteriën kan aanpakken. Echter, lignine vormt een enorme potentiële bron van duurzame chemicaliën, dus als we een manier kunnen vinden om die bouwstenen te extraheren en te gebruiken, we kunnen geweldige dingen maken."

Lignine fungeert als steiger in planten en staat centraal in de watervoorziening. Het biedt kracht en ook bescherming tegen ziekteverwekkers.

"Het is een geweldig materiaal, "Professor McGeehan zei:"cellulose en lignine behoren tot de meest voorkomende biopolymeren op aarde. Het succes van planten is grotendeels te danken aan het slimme mengsel van deze polymeren om lignocellulose te creëren, een materiaal dat een uitdaging is om te verteren."

Het onderzoeksteam vond een manier om een ​​belangrijk knelpunt op te lossen bij het afbreken van lignine tot zijn basischemicaliën. De resultaten bieden een route naar het maken van nieuwe materialen en chemicaliën zoals nylon, bioplastics, en zelfs koolstofvezel, van wat voorheen een afvalproduct was.

De ontdekking biedt ook extra voordelen voor het milieu:het maken van producten uit lignine vermindert onze afhankelijkheid van olie om alledaagse producten te maken en biedt een aantrekkelijk alternatief voor het verbranden ervan, helpen om de CO2-uitstoot te verminderen.

Het onderzoeksteam bestond uit experts in biofysica, structurele biologie, synthetische biologie kwantumchemie, biochemie, en moleculaire dynamica aan de Universiteit van Portsmouth en NREL, en aan de Amerikaanse universiteiten van de staat Montana, Georgië, en Californië en de Universiteit van Campinas in Brazilië.

Sam Mallinson, een doctoraat student structurele biologie aan de Universiteit van Portsmouth en eerste auteur van het artikel zei:"Er is een oude uitdrukking - je kunt alles maken van lignine behalve geld - maar door gebruik te maken van de kracht van enzymen, dit is ingesteld om te veranderen. Met behulp van geavanceerde technieken, van röntgenkristallografie bij de Diamond Light Source-synchrotron, tot geavanceerde computermodellering, we hebben de gedetailleerde werking van een gloednieuw enzymsysteem kunnen begrijpen."

Het enzym is een nieuwe klasse van cytochroom P450, en het is promiscue, wat betekent dat het in staat is om op een breed scala aan moleculen te werken.

Dr. Beckham zei:"Dit nieuwe cytochroom P450-enzym kan veel verschillende op lignine gebaseerde substraten afbreken. Dat is goed, want het betekent dat het vervolgens kan worden ontwikkeld als specialist voor een specifiek molecuul en dat we het verder kunnen ontwikkelen om het naar binnen te duwen. een bepaalde richting.

"We hebben nu een van de meest bekende, veelzijdig, ontwikkelbare en evolueerbare klassen van enzymen klaar om te gaan als een steunpunt voor biotechnologie om vooruit te komen en het enzym beter te maken."

Het onderzoek volgt op een andere studie die zojuist in het tijdschrift is gepubliceerd PNAS , onder leiding van professor Ellen Neidle aan de Universiteit van Georgia, samen met leden van dit team, die een manier vond om de evolutie van dit enzym te versnellen. De groep werkt nu samen om nog snellere enzymen te ontdekken en te ontwikkelen om lignine om te zetten in hoogwaardige duurzame producten.