Un team di scienziati ha ottenuto nuove conoscenze su come viene costruita e mantenuta la cellulosa, il materiale organico più abbondante sulla Terra e spina dorsale delle pareti cellulari delle piante, e su come questo processo può essere interrotto. Hanno scoperto che un gruppo di enzimi chiamati sintasi della cellulosa, lavorano in squadra, operando con un grado di precisione e coreografia che non era stato visto in altri sistemi biologici.

I risultati, riportati sulla rivista Science, potrebbero potenzialmente guidare gli scienziati nello sviluppo di modi nuovi e più efficienti per scomporre la cellulosa in zuccheri che possono essere fermentati per produrre biocarburanti, come l’etanolo.

"Con questo lavoro, ora disponiamo di un modello migliorato di complessi di cellulosa sintasi che possiamo sfruttare per la produzione di biocarburanti, bioprodotti e materiali a base biologica di prossima generazione", ha affermato Alexander Auer, ricercatore associato presso il Joint Bioenergy Institute del DOE (JBEI). ) e autore principale dello studio.

Secondo JBEI, un terzo dei terreni coltivati ​​del mondo viene utilizzato per coltivare materie prime per i carburanti per i trasporti, e quasi tutte queste materie prime sono piante. Gli zuccheri nelle piante possono essere fermentati in biocarburanti, come l’etanolo, ma gli zuccheri sono rinchiusi nelle pareti cellulari della pianta sotto forma di cellulosa e altri materiali recalcitranti difficili da spezzare.

Pretrattare il materiale vegetale con enzimi cellulasi, che degradano la cellulosa, può aiutare a rilasciare questi zuccheri, ma questo processo può essere costoso e inefficiente e richiede enzimi costosi che sono difficili da produrre su larga scala.

I ricercatori di questo studio, con il supporto del Centro di ricerca sulla bioenergia del DOE, hanno utilizzato la microscopia a forza atomica, che ha permesso loro di vedere con una risoluzione quasi molecolare come le sintasi della cellulosa si muovevano su una superficie. Hanno anche scoperto l’ubicazione e l’organizzazione del macchinario biosintetico della cellulosa responsabile dell’organizzazione del modo in cui la cellulosa viene costruita e mantenuta.

"Il complesso ha un'organizzazione quasi cristallina, che aiuta le molteplici subunità, responsabili della sintesi della cellulosa, a muoversi in modo accurato ed efficiente lungo un percorso ben definito durante la costruzione della cellulosa", ha affermato Auer. “L’interruzione di questo macchinario intricato e altamente ordinato apre nuove strategie per rendere più efficiente la scomposizione della cellulosa”.

Auer ha affermato che i risultati “guideranno i futuri approcci di ingegneria proteica e di biologia sintetica per aumentare l’efficienza e diminuire il costo della conversione enzimatica della cellulosa in combustibili e altri prodotti commerciabili”.