Bloque de construcción de plantas:la lignina se ve aquí teñida de rojo en una sección transversal de células vegetales de un roble. Crédito:Biblioteca de imágenes de biociencia del Berkshire Community College
Se ha descubierto una nueva familia de enzimas que allana el camino para convertir los residuos vegetales en productos sostenibles y de alto valor como el nailon, plástica, productos químicos, y combustibles.
El descubrimiento fue dirigido por miembros del mismo equipo de ingeniería enzimática del Reino Unido y EE. UU. Que, en abril, mejorado una enzima digestiva de plástico, un avance potencial para el reciclaje de desechos plásticos (Kate para agregar LINK)
El estudio publicado en Comunicaciones de la naturaleza fue dirigido por el profesor John McGeehan en la Universidad de Portsmouth, Dr. Gregg Beckham del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de EE. UU. La profesora Jen Dubois de la Universidad Estatal de Montana, y el profesor Ken Houk de la Universidad de California, Los Angeles.
La nueva familia de enzimas actúa sobre los componentes básicos de la lignina, uno de los componentes principales de las plantas. que los científicos han estado tratando durante décadas de encontrar una forma de descomponer de manera eficiente.
Profesor McGeehan, Director del Instituto de Ciencias Biológicas y Biomédicas de la Facultad de Ciencias Biológicas de Portsmouth, dijo:"Hemos reunido un equipo internacional para el descubrimiento y la ingeniería de enzimas naturales. Las enzimas son catalizadores biológicos que pueden realizar reacciones increíbles, descomponiendo algunos de nuestros polímeros naturales y artificiales más resistentes.
"Para proteger su celulosa que contiene azúcar, Las plantas han desarrollado un material fascinantemente complicado llamado lignina que solo una pequeña selección de hongos y bacterias puede combatir. Sin embargo, La lignina representa una gran fuente potencial de productos químicos sostenibles. de modo que si podemos encontrar una forma de extraer y utilizar esos componentes básicos, podemos crear grandes cosas ".
La lignina actúa como andamio en las plantas y es fundamental para el suministro de agua. Aporta fuerza y también defensa contra patógenos.
"Es un material asombroso, "El profesor McGeehan dijo:"La celulosa y la lignina se encuentran entre los biopolímeros más abundantes en la tierra. El éxito de las plantas se debe en gran parte a la inteligente mezcla de estos polímeros para crear lignocelulosa, un material que es difícil de digerir ".
Profesor John McGeehan. Crédito:Fotografía UPIX
El equipo de investigación encontró una forma de liberar un cuello de botella clave en el proceso de descomposición de la lignina en sus sustancias químicas básicas. Los resultados proporcionan una ruta para fabricar nuevos materiales y productos químicos como el nailon, bioplásticos, e incluso fibra de carbono, de lo que antes era un producto de desecho.
El descubrimiento también ofrece beneficios ambientales adicionales:la creación de productos a partir de lignina reduce nuestra dependencia del aceite para fabricar productos de uso diario y ofrece una alternativa atractiva para quemarlo. ayudando a reducir las emisiones de CO2.
El equipo de investigación estuvo formado por expertos en biofísica, biología estructural, biología sintética química cuántica, bioquímica, y dinámica molecular en la Universidad de Portsmouth y NREL, y en las universidades estadounidenses del estado de Montana, Georgia, y la Universidad de Campinas de California y Brasil.
Sam Mallinson, un doctorado estudiante de biología estructural en la Universidad de Portsmouth y primer autor del artículo dijo:"Hay una frase de larga data:se puede hacer cualquier cosa con lignina excepto dinero, pero al aprovechar el poder de las enzimas, esto está configurado para cambiar. Usando técnicas avanzadas, de cristalografía de rayos X en el sincrotrón Diamond Light Source, al modelado informático avanzado, hemos podido comprender el funcionamiento detallado de un nuevo sistema enzimático ".
La enzima es una nueva clase de citocromo P450, y es promiscuo, lo que significa que es capaz de trabajar en una amplia gama de moléculas.
El Dr. Beckham dijo:"Esta nueva enzima del citocromo P450 puede degradar muchos sustratos diferentes basados en la lignina. Eso es bueno porque significa que luego se puede diseñar para que sea un especialista para una molécula específica y podemos evolucionarla aún más para impulsarla una cierta dirección.
"Ahora tenemos uno de los más conocidos, versátil, clases de enzimas modificables y evolucionables listas para ser un punto de apoyo para que la biotecnología avance y mejore la enzima ".
La investigación llega inmediatamente después de otro estudio recién publicado en la revista. PNAS , dirigido por la profesora Ellen Neidle en la Universidad de Georgia junto con miembros de este equipo, que encontró una forma de acelerar la evolución de esta enzima. El grupo ahora está trabajando en conjunto para descubrir y desarrollar enzimas aún más rápidas para convertir la lignina en productos sostenibles de alto valor.
