Uma nova família de enzimas foi projetada para realizar uma das etapas mais importantes na conversão de resíduos vegetais em produtos sustentáveis ​​e de alto valor, como náilon, plásticos e produtos químicos.

A descoberta foi liderada por membros da mesma equipe de engenharia de enzimas do Reino Unido-EUA que, ano passado, projetou e aprimorou uma enzima de digestão de plástico, um avanço potencial para a reciclagem de resíduos de plástico. (Ligação)

O estudo, publicado no jornal Proceedings of the National Academy of Sciences , foi liderado pelo professor Jen Dubois na Montana State University, Dr. Gregg Beckham do Laboratório Nacional de Energia Renovável do Departamento de Energia dos EUA (NREL), Professor Ken Houk da Universidade da Califórnia, Los Angeles junto com a equipe do Professor John McGeehan na Universidade de Portsmouth.

A enzima recentemente projetada é ativa na lignina, um dos principais componentes das plantas, que os cientistas vêm tentando há décadas para encontrar uma maneira de quebrar com eficiência.

Professor McGeehan, Diretor do Centro de Inovação de Enzimas da Escola de Ciências Biológicas de Portsmouth, disse:"Este é o nosso objetivo - descobrir enzimas da natureza, trazê-los para nossos laboratórios para entender como eles funcionam, em seguida, projete-os para produzir novas ferramentas para a indústria de biotecnologia. Nesse caso, pegamos uma enzima que ocorre naturalmente e a projetamos para realizar uma reação chave na quebra de um dos polímeros naturais de plantas mais resistentes.

"Para proteger a celulose que contém açúcar, as plantas desenvolveram um material fascinantemente complicado chamado lignina, que apenas uma pequena seleção de fungos e bactérias pode combater. Contudo, a lignina representa uma vasta fonte potencial de produtos químicos sustentáveis, então, se pudermos encontrar uma maneira de extrair e usar esses blocos de construção, podemos criar grandes coisas. "

A lignina atua como um andaime nas plantas e é fundamental para o fornecimento de água. Ele fornece força e também defesa contra patógenos.

"É um material incrível, "Professor McGeehan disse, “A celulose e a lignina estão entre os biopolímeros mais abundantes do planeta. O sucesso das plantas se deve em grande parte à inteligente mistura desses polímeros para criar a lignocelulose, um material que é difícil de digerir. "

As enzimas atuais tendem a funcionar em apenas um dos blocos de construção da lignina, tornando o processo de decomposição ineficiente. Usando técnicas estruturais e bioquímicas 3-D avançadas, a equipe conseguiu alterar a forma da enzima para acomodar vários blocos de construção. Os resultados fornecem um caminho para a fabricação de novos materiais e produtos químicos, como o náilon, bioplásticos, e até mesmo fibra de carbono, do que anteriormente era um produto residual.

A descoberta também oferece benefícios ambientais adicionais - a criação de produtos a partir da lignina reduz nossa dependência do óleo para fazer produtos de uso diário e oferece uma alternativa atraente para queimá-lo, ajudando a reduzir as emissões de CO2.

A equipe de pesquisa era composta por uma equipe internacional de especialistas em biologia estrutural, bioquímica, química quântica e biologia sintética nas Universidades de Portsmouth, Estado de Montana, Geórgia, Kentucky e Califórnia, e dois laboratórios nacionais dos EUA, NREL e Oak Ridge.

Dan Hinchen, um estudante de pós-graduação na Universidade de Portsmouth disse:"Usamos cristalografia de raios-X no síncrotron Diamond Light Source para resolver dez estruturas de enzimas em complexo com blocos de construção de lignina. Isso nos deu o projeto para desenvolver uma enzima para trabalhar em novas moléculas. Nossos colegas foram então capazes de transferir o código de DNA para esta nova enzima em uma cepa industrial de bactéria, ampliando sua capacidade de realizar reações múltiplas. "

O professor McGeehan disse:"Agora temos a prova de princípio de que podemos projetar com sucesso esta classe de enzimas para lidar com algumas das moléculas baseadas em lignina mais desafiadoras e continuaremos a desenvolver ferramentas biológicas que podem converter resíduos em materiais valiosos e sustentáveis . "