Bloc de construction de plantes :la lignine est ici colorée en rouge dans une coupe transversale de cellules végétales d'un chêne. Crédit :Bibliothèque d'images bioscientifiques du Berkshire Community College
Une nouvelle famille d'enzymes a été découverte qui ouvre la voie à la conversion des déchets végétaux en produits durables et à haute valeur ajoutée tels que le nylon, plastiques, produits chimiques, et les carburants.
La découverte a été menée par des membres de la même équipe britannique et américaine d'ingénierie enzymatique qui, en avril, amélioré une enzyme de digestion du plastique, une percée potentielle pour le recyclage des déchets plastiques. (Kate ajoutera LINK)
L'étude publiée dans Communication Nature était dirigé par le professeur John McGeehan de l'Université de Portsmouth, Dr. Gregg Beckham du National Renewable Energy Laboratory (NREL) du département américain de l'Énergie, le professeur Jen Dubois de la Montana State University, et le professeur Ken Houk à l'Université de Californie, Los Angeles.
La nouvelle famille d'enzymes est active sur les éléments constitutifs de la lignine, l'un des principaux composants des plantes, que les scientifiques tentent depuis des décennies de trouver un moyen de décomposer efficacement.
Professeur McGeehan, Directeur de l'Institut des sciences biologiques et biomédicales de l'École des sciences biologiques de Portsmouth, a déclaré:"Nous avons réuni une équipe internationale pour la découverte et l'ingénierie d'enzymes naturelles. Les enzymes sont des catalyseurs biologiques qui peuvent effectuer des réactions incroyables, décomposer certains de nos polymères naturels et artificiels les plus résistants.
"Pour protéger leur cellulose sucrée, les plantes ont développé une matière fascinante et compliquée appelée lignine que seule une petite sélection de champignons et de bactéries peut combattre. Cependant, la lignine représente une vaste source potentielle de produits chimiques durables, donc si nous pouvons trouver un moyen d'extraire et d'utiliser ces blocs de construction, nous pouvons créer de grandes choses."
La lignine agit comme un échafaudage dans les plantes et est essentielle à l'approvisionnement en eau. Il fournit de la force et également une défense contre les agents pathogènes.
"C'est un matériau incroyable, " Le professeur McGeehan a dit, « La cellulose et la lignine sont parmi les biopolymères les plus abondants sur terre. Le succès des plantes est en grande partie dû au savant mélange de ces polymères pour créer la lignocellulose, un matériau difficile à digérer."
Professeur John McGeehan. Crédit :UPIX Photographie
L'équipe de recherche a trouvé un moyen de libérer un goulot d'étranglement clé dans le processus de décomposition de la lignine en ses produits chimiques de base. Les résultats ouvrent la voie à la fabrication de nouveaux matériaux et produits chimiques tels que le nylon, bioplastiques, et même la fibre de carbone, de ce qui était auparavant un déchet.
La découverte offre également des avantages environnementaux supplémentaires :la création de produits à partir de lignine réduit notre dépendance au pétrole pour fabriquer des produits de tous les jours et offre une alternative intéressante à sa combustion, contribuer à réduire les émissions de CO2.
L'équipe de recherche était composée d'experts en biophysique, biologie structurale, biologie synthétique chimie quantique, biochimie, et dynamique moléculaire à l'Université de Portsmouth et NREL, et dans les universités américaines de l'État du Montana, Géorgie, et l'Université de Campinas en Californie et au Brésil.
Sam Mallinson, un doctorat étudiant en biologie structurale à l'Université de Portsmouth et premier auteur de l'article a déclaré:"Il y a une phrase de longue date - vous pouvez faire n'importe quoi avec de la lignine sauf de l'argent - mais en exploitant le pouvoir des enzymes, cela va changer. En utilisant des techniques avancées, de la cristallographie aux rayons X au synchrotron Diamond Light Source, à la modélisation informatique avancée, nous avons pu comprendre le fonctionnement détaillé d'un tout nouveau système enzymatique."
L'enzyme est une nouvelle classe de cytochrome P450, et c'est la promiscuité, ce qui signifie qu'il est capable de travailler sur un large éventail de molécules.
Le Dr Beckham a déclaré :« Cette nouvelle enzyme du cytochrome P450 peut dégrader de nombreux substrats à base de lignine différents. C'est bien car cela signifie qu'elle peut ensuite être conçue pour être un spécialiste d'une molécule spécifique et nous pouvons la faire évoluer davantage pour la pousser dans une certaine direction.
"Nous avons maintenant l'un des plus connus, polyvalent, des classes d'enzymes ingénieries et évolutives prêtes à servir de base à la biotechnologie pour aller de l'avant et améliorer l'enzyme. »
La recherche fait suite à une autre étude qui vient d'être publiée dans la revue PNAS , dirigé par le professeur Ellen Neidle de l'Université de Géorgie avec les membres de cette équipe, qui a trouvé un moyen d'accélérer l'évolution de cette enzyme. Le groupe travaille maintenant ensemble pour découvrir et faire évoluer des enzymes encore plus rapides pour transformer la lignine en produits durables de grande valeur.
