Er is een nieuwe familie enzymen ontwikkeld om een ​​van de belangrijkste stappen uit te voeren bij de omzetting van plantaardig afval in duurzame en hoogwaardige producten zoals nylon, kunststoffen en chemicaliën.

De ontdekking werd geleid door leden van hetzelfde Brits-Amerikaanse enzym-engineeringteam dat, vorig jaar, ontwikkeld en verbeterd een plastic-verterend enzym, een mogelijke doorbraak voor de recycling van plastic afval. (Koppeling)

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

Het nieuw ontwikkelde enzym is actief op 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 Center for Enzyme Innovation in de School of Biological Sciences in Portsmouth, zei:"Dit is ons doel:enzymen uit de natuur ontdekken, breng ze naar onze laboratoria om te begrijpen hoe ze werken, ze vervolgens engineeren om nieuwe gereedschappen voor de biotechnologische industrie te produceren. In dit geval, we hebben een natuurlijk voorkomend enzym genomen en ontwikkeld om een ​​sleutelreactie uit te voeren bij de afbraak van een van de zwaarste natuurlijke plantaardige 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."

De huidige enzymen werken meestal op slechts één van de bouwstenen van lignine, waardoor het afbraakproces inefficiënt wordt. Met behulp van geavanceerde 3D structurele en biochemische technieken heeft het team de vorm van het enzym kunnen veranderen om plaats te bieden aan meerdere bouwstenen. 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 een internationaal team van experts in structurele biologie, biochemie, kwantumchemie en synthetische biologie aan de universiteiten van Portsmouth, staat Montana, Georgië, Kentucky en Californië, en twee Amerikaanse nationale laboratoria, NREL en Oak Ridge.

Dan Hinchen, een postdoctorale student aan de Universiteit van Portsmouth zei:"We gebruikten röntgenkristallografie bij de Diamond Light Source-synchrotron om tien enzymstructuren in complex met ligninebouwstenen op te lossen. Dit gaf ons de blauwdruk om een ​​enzym te ontwikkelen om aan nieuwe moleculen te werken. Onze collega's waren toen in staat om de DNA-code voor dit nieuwe enzym over te brengen naar een industriële bacteriestam, uitbreiding van zijn vermogen om meerdere reacties uit te voeren."

Professor McGeehan zei:"We hebben nu het proof-of-principle dat we deze klasse van enzymen met succes kunnen ontwikkelen om enkele van de meest uitdagende op lignine gebaseerde moleculen aan te pakken en we zullen doorgaan met het ontwikkelen van biologische hulpmiddelen die afval kunnen omzetten in waardevolle en duurzame materialen ."