Se ha diseñado una nueva familia de enzimas para realizar uno de los pasos más importantes en la conversión de residuos vegetales en productos sostenibles y de alto valor como el nailon, plásticos y productos químicos.

El descubrimiento fue dirigido por miembros del mismo equipo de ingeniería enzimática del Reino Unido y EE. UU. Que, el año pasado, diseñó y mejoró una enzima digestiva de plástico, un avance potencial para el reciclaje de residuos plásticos. (Enlace)

El estudio, publicado en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , fue dirigido por la profesora Jen Dubois en la Universidad Estatal de Montana, Dr. Gregg Beckham del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de EE. UU. El profesor Ken Houk de la Universidad de California, Los Ángeles junto con el equipo del profesor John McGeehan en la Universidad de Portsmouth.

La enzima recién diseñada es activa en 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 Centro de Innovación Enzimática de la Facultad de Ciencias Biológicas de Portsmouth, dijo:"Este es nuestro objetivo:descubrir enzimas de la naturaleza, llevarlos a nuestros laboratorios para comprender cómo funcionan, luego diseñarlos para producir nuevas herramientas para la industria de la biotecnología. En este caso, Hemos tomado una enzima natural y la hemos diseñado para que realice una reacción clave en la descomposición de uno de los polímeros vegetales naturales 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 ".

Las enzimas actuales tienden a trabajar solo en uno de los componentes básicos de la lignina, haciendo que el proceso de avería sea ineficaz. Utilizando técnicas bioquímicas y estructurales avanzadas en 3D, el equipo ha podido alterar la forma de la enzima para acomodar múltiples bloques de construcción. 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 un equipo internacional de expertos en biología estructural, bioquímica, química cuántica y biología sintética en las universidades de Portsmouth, Estado de Montana, Georgia, Kentucky y California, y dos laboratorios nacionales de EE. UU., NREL y Oak Ridge.

Dan Hinchen, un estudiante de posgrado de la Universidad de Portsmouth dijo:"Usamos cristalografía de rayos X en el sincrotrón Diamond Light Source para resolver diez estructuras enzimáticas en un complejo con bloques de construcción de lignina. Esto nos dio el plan para diseñar una enzima para trabajar en nuevas moléculas. Luego, nuestros colegas pudieron transferir el código de ADN de esta nueva enzima a una cepa industrial de bacterias, ampliando su capacidad para realizar múltiples reacciones ".

El profesor McGeehan dijo:"Ahora tenemos una prueba de principio de que podemos diseñar con éxito esta clase de enzimas para abordar algunas de las moléculas basadas en lignina más desafiantes y continuaremos desarrollando herramientas biológicas que pueden convertir los desechos en materiales valiosos y sostenibles. . "