I risultati, pubblicati oggi sulla rivista Nature Communications, potrebbero un giorno portare a processi di riciclaggio su scala industriale che trasformino i rifiuti alimentari, il cotone e altro materiale organico in nuovi prodotti. Potrebbe anche aprire la strada a una conversione più efficiente della materia vegetale in biocarburanti.
"Questi enzimi aiutano a rendere possibile il riciclaggio del carbonio nell'ambiente e potremmo essere in grado di utilizzare la conoscenza di come funzionano per progettare versioni migliori a fini di riciclaggio", ha affermato Adam Guss, biologo microbico del NIST.
Una delle parti più importanti del ciclo del carbonio è la decomposizione della materia organica (tutto, dalle foglie vecchie agli indumenti di cotone fino ai microrganismi morti) da parte di batteri e funghi. Questo processo di decomposizione restituisce prezioso carbonio e sostanze nutritive al suolo, dove può nutrire nuova vita, purché il materiale organico sia biodegradabile. I materiali organici sintetici o altamente lavorati in genere non si decompongono bene e questo è diventato un grave problema per l'ambiente.
Ma alcuni enzimi noti come polisaccaridi monoossigenasi litici (LPMO) consentono ad alcuni batteri e funghi di oltrepassare la parte esterna dura della materia organica altrimenti non digeribile, consentendo ai microbi di scomporre le parti interne delle molecole per produrre cibo ed energia.
Come suggerisce il nome, gli LPMO utilizzano ossigeno e ioni metallici come rame o ferro per rompere le molecole a base di zucchero note come polisaccaridi che fanno parte dell'impalcatura delle pareti cellulari vegetali nelle foglie e nelle fibre di cotone, nonché negli esoscheletri della chitina. -contenente funghi e insetti.
Lo studio del NIST si è concentrato su un LPMO prodotto da un batterio chiamato Streptomyces coelicolor, una specie nota per decomporre il materiale vegetale come parte del processo di formazione del compost. L'LPMO batterico è stato in grado di scomporre i polisaccaridi a livello atomico senza distruggere la "spina dorsale" della cellulosa, che è una caratteristica promettente per la futura produzione di biocarburanti.
Anche una varietà di altri microbi producono LPMO, ma i ricercatori stanno solo iniziando a capire come funzionano. Man mano che si apprende di più sui diversi LPMO in natura, potrebbe diventare possibile trapiantarli in diversi microbi, creando fabbriche per il riciclaggio della plastica e di altri composti moderni che non si decompongono bene nell’ambiente.
"In natura, gli LPMO aiutano i funghi ad abbattere i rifiuti di foglie nel terreno acido e povero di nutrienti delle foreste", ha detto Guss. "Vogliamo sfruttare la potenza di questi enzimi per i processi industriali utilizzando microbi che funzionano meglio a livelli di pH e temperature più elevati. Quindi, possiamo pensare al riciclaggio su larga scala, dove coltiviamo o progettiamo batteri con i giusti LPMO, nutriamoli rifiuti organici e ottenere prodotti utili e preziosi, come combustibili sostenibili o bioplastiche, dall'altra parte."
