Se ha diseñado una nueva familia de enzimas para realizar uno de los pasos más importantes en la conversión de desechos vegetales en productos sostenibles y de alto valor como nailon, plásticos y productos químicos.
El descubrimiento fue liderado por miembros del mismo equipo de ingeniería enzimática del Reino Unido-EE. UU. Que, el año pasado, diseñó y mejoró una enzima digestiva de plástico, un avance potencial para el reciclaje de desechos plásticos. Enlace
El estudio, publicado en la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias , fue dirigido por el profesor Jen Dubois en la Universidad Estatal de Montana, el Dr. Gregg Beckham en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable NREL del Departamento de Energía de EE. UU., El profesor Ken Houk en la Universidad de California, Los Ángeles, junto con el equipo del profesor John McGeehan en elUniversidad de Portsmouth.
La enzima recién diseñada está activa en la lignina, uno de los componentes principales de las plantas, que los científicos han estado tratando durante décadas para encontrar una forma de descomponer de manera eficiente.
El profesor McGeehan, director del Centro de Innovación de Enzimas de la Facultad de Ciencias Biológicas de Portsmouth, dijo: "Este es nuestro objetivo: descubrir enzimas de la naturaleza, llevarlas a nuestros laboratorios para comprender cómo funcionan y luego diseñarlaspara producir nuevas herramientas para la industria de la biotecnología. En este caso, tomamos una enzima natural y la diseñamos para realizar 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 abordar. Sin embargo, la lignina representa una gran fuente potencial de químicos sostenibles, así que si podemos encontrar unforma 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. Proporciona fuerza y también defensa contra patógenos.
"Es un material asombroso", dijo el profesor McGeehan, "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 un desafío paradigerir."
Las enzimas actuales tienden a trabajar solo en uno de los componentes básicos de la lignina, lo que hace que el proceso de descomposición sea ineficaz. Utilizando técnicas estructurales y bioquímicas 3D avanzadas, el equipo ha podido alterar la forma de la enzima para acomodar varios componentes básicos.proporcionan una ruta para fabricar nuevos materiales y productos químicos como nailon, bioplásticos e incluso fibra de carbono, a partir de lo que anteriormente 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 cotidianos y ofrece una alternativa atractiva a la quema, lo que ayuda 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, Montana State, 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 paratrabajar en nuevas moléculas. 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 valiosos ymateriales sostenibles. "
La investigación fue financiada conjuntamente por el Consejo de Investigación de Biotecnología y Ciencias Biológicas BBSRC, la Fundación Nacional de Ciencias NSF y la Oficina de Tecnologías de Bioenergía DOE EERE. Las estructuras enzimáticas 3D que sustentaron este trabajo se resolvieron en Diamond Light Source,la instalación científica nacional de sincrotrones del Reino Unido en Oxford.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Portsmouth . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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