Los hallazgos, publicados hoy en la revista Nature Communications, algún día podrían conducir a procesos de reciclaje a escala industrial que conviertan los residuos de alimentos, algodón y otros materiales orgánicos en nuevos productos. También podría allanar el camino para una conversión más eficiente de materia vegetal en biocombustibles.
"Estas enzimas ayudan a hacer posible el reciclaje de carbono en el medio ambiente, y es posible que podamos utilizar el conocimiento de cómo funcionan para diseñar mejores versiones con fines de reciclaje", dijo el biólogo microbiano del NIST Adam Guss.
Una de las partes más importantes del ciclo del carbono es la descomposición de la materia orgánica (desde hojas viejas hasta ropa de algodón y microorganismos muertos) por bacterias y hongos. Este proceso de degradación devuelve carbono y nutrientes valiosos al suelo, donde puede alimentar nueva vida, siempre y cuando el material orgánico sea biodegradable. Los materiales sintéticos o orgánicos altamente procesados normalmente no se descomponen bien, y esto se ha convertido en un problema importante para el medio ambiente.
Pero ciertas enzimas conocidas como polisacáridos monooxigenasas líticas (LPMO) permiten que algunas bacterias y hongos eviten el exterior duro de la materia orgánica que de otro modo no sería digerible, lo que permite a los microbios descomponer las partes interiores de las moléculas para obtener alimento y energía.
Como sugiere su nombre, los LPMO utilizan oxígeno e iones metálicos como el cobre o el hierro para romper moléculas a base de azúcar conocidas como polisacáridos que forman parte del andamio de las paredes celulares de las plantas en las hojas y las fibras de algodón, así como en los exoesqueletos de quitina. -que contiene hongos e insectos.
El estudio del NIST se centró en una LPMO producida por una bacteria llamada Streptomyces coelicolor, una especie conocida por descomponer el material vegetal como parte del proceso de formación de compost. La LPMO bacteriana pudo descomponer los polisacáridos a nivel atómico sin alterar la "columna vertebral" de la celulosa, lo cual es una característica prometedora para la futura producción de biocombustibles.
Una variedad de otros microbios también producen LPMO, pero los investigadores apenas están comenzando a comprender cómo funcionan. A medida que se aprenda más sobre las diversas LPMO en la naturaleza, será posible trasplantarlas a diferentes microbios, creando fábricas para reciclar plástico y otros compuestos modernos que no se descomponen bien en el medio ambiente.
"En la naturaleza, las LPMO ayudan a los hongos a descomponer la hojarasca en el suelo ácido y pobre en nutrientes de los bosques", dijo Guss. "Queremos aprovechar el poder de estas enzimas para procesos industriales utilizando microbios que funcionan mejor en niveles de pH más altos y temperaturas más altas. Luego, podemos pensar en el reciclaje a gran escala, donde cultivamos o diseñamos bacterias con los LPMO adecuados, las alimentamos. residuos orgánicos y sacar productos útiles y valiosos, como combustibles sostenibles o bioplásticos, por el otro lado".
