I biocarburanti ottenuti dalla biomassa stanno diventando sempre più importanti. Oltre al biometano, però, non possono essere prodotti in modo efficiente, economico e sostenibile poiché l'attuale complessità tecnologica e i costi sono ancora troppo elevati. In parte la colpa è della cellulosa, un polisaccaride e costituente vegetale che non è solubile in acqua e quindi di difficile lavorazione.

Tipicamente, le bioraffinerie utilizzano un mix di enzimi idroliticamente attivi che utilizzano molecole d'acqua per scomporre il materiale vegetale, come avviene nei processi di degradazione naturale. Recentemente, sono stati scoperti enzimi ossidativi che utilizzano l'ossigeno e lavorano insieme agli enzimi idrolitici per abbattere la cellulosa in modo più efficiente. Ma come funzionano esattamente questi enzimi ossidativi, noti anche come LPMO (lytic polysaccharide monooxygenases), non era noto. A questo punto gli scienziati di Graz si sono messi al lavoro.

Utilizzando la microscopia a forza atomica, i ricercatori hanno potuto osservare per la prima volta gli enzimi al lavoro sulla superficie delle particelle di cellulosa e fornire prove dirette della loro attività. Ormai da diversi anni, l'Istituto di biotecnologia e ingegneria biochimica ha lavorato a stretto contatto con il Centro di microscopia elettronica di Graz.

Per lo studio attualmente pubblicato in Comunicazioni sulla natura , l'enzima idroliticamente attivo Trichoderma reesei CBH I, che è noto da tempo, è stato osservato in un primo momento. L'enzima adsorbe sulla superficie di una particella, si muove lungo una catena polisaccaridica e passo dopo passo scinde parti sempre più piccole. In un ulteriore passaggio, è stato osservato come cambia il comportamento degli enzimi quando si aggiungono LPMO alla miscela. E qui i ricercatori potrebbero stabilire sia che gli LPMO hanno generato più siti di legame sulla superficie per gli enzimi idroliticamente attivi, e che la dinamica degli enzimi sulla superficie è aumentata considerevolmente.

Questo studio contribuirà a una migliore comprensione di questi processi a livello di ricerca di base, e in una fase successiva faciliterà la produzione di biocarburanti. Generalmente, in chimica ci concentriamo sui prodotti solubili, che può essere facilmente misurato, approfondire la comprensione di una reazione. Però, per una reazione che avviene su una superficie solida tale approccio non è fattibile. Abbiamo voluto osservare e documentare il passaggio precedente, questo è, il processo di degradazione della cellulosa, "dice Manuel Eibinger, autore principale dello studio presso l'Istituto di biotecnologia e ingegneria biochimica.

Bernd Nidetzky, capo dell'Istituto di Biotecnologie e Ingegneria Biochimica della TU Graz:"Mi viene in mente il detto 'un'immagine vale più di mille parole'. In questo studio abbiamo voluto documentare i processi mentre si verificano nel tempo. Ed è quello che siamo riusciti da fare."