È stata scoperta una nuova famiglia di enzimi che apre la strada alla conversione dei rifiuti vegetali in prodotti sostenibili e di alto valore come il nylon, plastica, sostanze chimiche, e combustibili.

La scoperta è stata guidata dai membri dello stesso team di ingegneri enzimatici UK-USA che, in Aprile, migliorato un enzima che digerisce la plastica, una potenziale svolta per il riciclaggio dei rifiuti di plastica. (Kate per aggiungere LINK)

Lo studio pubblicato su Comunicazioni sulla natura è stato guidato dal professor John McGeehan presso l'Università di Portsmouth, Dr. Gregg Beckham presso il National Renewable Energy Laboratory (NREL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, Professor Jen Dubois alla Montana State University, e il professor Ken Houk dell'Università della California, Los Angeles.

La nuova famiglia di enzimi è attiva sui mattoni della lignina, uno dei principali componenti delle piante, che gli scienziati hanno cercato per decenni di trovare un modo per abbattere in modo efficiente.

Professor McGeehan, Direttore dell'Istituto di Scienze Biologiche e Biomediche della Scuola di Scienze Biologiche a Portsmouth, ha dichiarato:"Abbiamo riunito un team internazionale per la scoperta e l'ingegneria di enzimi naturali. Gli enzimi sono catalizzatori biologici in grado di eseguire reazioni incredibili, abbattendo alcuni dei nostri polimeri naturali e artificiali più resistenti.

"Per proteggere la loro cellulosa contenente zucchero, le piante hanno sviluppato un materiale affascinante e complicato chiamato lignina che solo una piccola selezione di funghi e batteri può affrontare. Però, la lignina rappresenta una vasta fonte potenziale di prodotti chimici sostenibili, quindi se riusciamo a trovare un modo per estrarre e utilizzare quei blocchi costitutivi, possiamo creare grandi cose".

La lignina funge da impalcatura nelle piante ed è fondamentale per l'erogazione dell'acqua. Fornisce forza e anche difesa contro gli agenti patogeni.

"È un materiale straordinario, "Il professor McGeehan ha detto, "cellulosa e lignina sono tra i biopolimeri più abbondanti sulla terra. Il successo delle piante è in gran parte dovuto alla sapiente miscela di questi polimeri per creare lignocellulosa, un materiale difficile da digerire."

Il team di ricerca ha trovato un modo per liberare un collo di bottiglia chiave nel processo di scomposizione della lignina nelle sue sostanze chimiche di base. I risultati forniscono un percorso per creare nuovi materiali e prodotti chimici come il nylon, bioplastiche, e anche fibra di carbonio, da quello che in precedenza era un prodotto di scarto.

La scoperta offre anche ulteriori vantaggi ambientali:la creazione di prodotti dalla lignina riduce la nostra dipendenza dal petrolio per realizzare prodotti di uso quotidiano e offre un'alternativa interessante alla combustione, contribuendo a ridurre le emissioni di CO2.

Il gruppo di ricerca era composto da esperti in biofisica, biologia strutturale, biologia sintetica chimica quantistica, biochimica, e dinamica molecolare presso l'Università di Portsmouth e NREL, e presso le università statunitensi del Montana State, Georgia, e la California e l'Università brasiliana di Campinas.

Sam Mallinson, un dottorato di ricerca studente di biologia strutturale presso l'Università di Portsmouth e primo autore dell'articolo ha dichiarato:"C'è una frase di vecchia data:dalla lignina si può ricavare qualsiasi cosa tranne i soldi, ma sfruttando il potere degli enzimi, questo è destinato a cambiare. Utilizzando tecniche avanzate, dalla cristallografia a raggi X al sincrotrone Diamond Light Source, alla modellazione informatica avanzata, siamo stati in grado di comprendere il funzionamento dettagliato di un nuovissimo sistema enzimatico."

L'enzima è una nuova classe di citocromo P450, ed è promiscuo, il che significa che è in grado di lavorare su un'ampia gamma di molecole.

Il Dr. Beckham ha dichiarato:"Questo nuovo enzima citocromo P450 può degradare molti diversi substrati a base di lignina. Questo è positivo perché significa che può essere progettato per essere uno specialista per una molecola specifica e possiamo evolverlo ulteriormente per spingerlo in una certa direzione.

"Ora abbiamo uno dei più noti, versatile, classi di enzimi ingegnerizzabili ed evolubili pronte a diventare un punto d'appoggio per la biotecnologia per andare avanti e migliorare l'enzima".

La ricerca arriva sulla scia di un altro studio appena pubblicato sulla rivista PNAS , guidato dalla professoressa Ellen Neidle presso l'Università della Georgia insieme ai membri di questa squadra, che ha trovato un modo per accelerare l'evoluzione di questo enzima. Il gruppo sta ora lavorando insieme per scoprire ed evolvere enzimi ancora più veloci per trasformare la lignina in prodotti sostenibili di alto valore.