Una nuova famiglia di enzimi è stata progettata per eseguire uno dei passaggi più importanti nella conversione dei rifiuti vegetali in prodotti sostenibili e di alto valore come nylon, plastica e prodotti chimici.

La scoperta è stata guidata dai membri dello stesso team di ingegneri enzimatici britannico-statunitense che, l'anno scorso, progettato e migliorato un enzima che digerisce la plastica, una potenziale svolta per il riciclaggio dei rifiuti di plastica. (Collegamento)

Lo studio, pubblicato sulla rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , è stato guidato dal professor Jen Dubois alla Montana State University, Dr. Gregg Beckham presso il National Renewable Energy Laboratory (NREL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, Il professor Ken Houk dell'Università della California, Los Angeles insieme al team del professor John McGeehan all'Università di Portsmouth.

L'enzima di nuova concezione è attivo sulla lignina, uno dei componenti principali delle piante, che gli scienziati hanno cercato per decenni di trovare un modo per abbattere in modo efficiente.

Professor McGeehan, Direttore del Center for Enzyme Innovation presso la School of Biological Sciences di Portsmouth, ha detto:"Questo è il nostro obiettivo:scoprire gli enzimi dalla natura, portali nei nostri laboratori per capire come funzionano, quindi ingegnerizzarli per produrre nuovi strumenti per l'industria delle biotecnologie. In questo caso, abbiamo preso un enzima naturale e lo abbiamo progettato per eseguire una reazione chiave nella rottura di uno dei polimeri vegetali naturali 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."

Gli enzimi attuali tendono a lavorare solo su uno degli elementi costitutivi della lignina, rendendo inefficiente il processo di scomposizione. Utilizzando tecniche strutturali e biochimiche 3D avanzate, il team è stato in grado di alterare la forma dell'enzima per accogliere più elementi costitutivi. 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 un team internazionale di esperti in biologia strutturale, biochimica, chimica quantistica e biologia sintetica presso le Università di Portsmouth, Stato del Montana, Georgia, Kentucky e California, e due laboratori nazionali statunitensi, NREL e Oak Ridge.

Dan Hinch, uno studente post-laurea presso l'Università di Portsmouth ha dichiarato:"Abbiamo utilizzato la cristallografia a raggi X presso il sincrotrone Diamond Light Source per risolvere dieci strutture enzimatiche in complessi con blocchi di lignina. Questo ci ha fornito il progetto per progettare un enzima per lavorare su nuove molecole. I nostri colleghi sono stati quindi in grado di trasferire il codice del DNA per questo nuovo enzima in un ceppo industriale di batteri, estendendo la sua capacità di eseguire reazioni multiple."

Il professor McGeehan ha dichiarato:"Ora abbiamo la prova del principio che possiamo progettare con successo questa classe di enzimi per affrontare alcune delle molecole a base di lignina più impegnative e continueremo a sviluppare strumenti biologici in grado di convertire i rifiuti in materiali preziosi e sostenibili. ."