L'enzyme nouvellement conçue. Crédit :Université de Portsmouth
Une nouvelle famille d'enzymes a été conçue pour effectuer l'une des étapes les plus importantes de la conversion des déchets végétaux en produits durables et de grande valeur tels que le nylon, plastiques et produits chimiques.
La découverte a été menée par des membres de la même équipe britannique et américaine d'ingénierie enzymatique qui, l'année dernière, conçu et amélioré une enzyme de digestion du plastique, une percée potentielle pour le recyclage des déchets plastiques. (Relier)
L'étude, publié dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences , a été dirigé par le professeur Jen Dubois de la Montana State University, Dr. Gregg Beckham du National Renewable Energy Laboratory (NREL) du département américain de l'Énergie, Professeur Ken Houk à l'Université de Californie, Los Angeles avec l'équipe du professeur John McGeehan à l'Université de Portsmouth.
L'enzyme nouvellement conçue est active sur 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 du Center for Enzyme Innovation de la School of Biological Sciences de Portsmouth, a déclaré:"C'est notre objectif - découvrir des enzymes de la nature, les faire venir dans nos laboratoires pour comprendre leur fonctionnement, puis les concevoir pour produire de nouveaux outils pour l'industrie de la biotechnologie. Dans ce cas, nous avons pris une enzyme naturelle et l'avons conçue pour effectuer une réaction clé dans la dégradation de l'un des polymères végétaux naturels 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."
Le professeur McGeehan est le directeur du Center for Enzyme Innovation de la School of Biological Sciences de Portsmouth. Crédit :Stefan Venter, Photographie UPIX
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."
Les enzymes actuelles ont tendance à agir sur un seul des éléments constitutifs de la lignine, rendant le processus de panne inefficace. En utilisant des techniques structurelles et biochimiques 3D avancées, l'équipe a pu modifier la forme de l'enzyme pour s'adapter à plusieurs blocs de construction. Les résultats ouvrent la voie à la fabrication de nouveaux matériaux et produits chimiques tels que le nylon, bioplastiques, et même de 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'une équipe internationale d'experts en biologie structurale, biochimie, chimie quantique et biologie synthétique aux universités de Portsmouth, État du Montana, Géorgie, Kentucky et Californie, et deux laboratoires nationaux américains, NREL et Oak Ridge.
Dan Hinchen, Un étudiant de troisième cycle à l'Université de Portsmouth a déclaré :« Nous avons utilisé la cristallographie aux rayons X au synchrotron Diamond Light Source pour résoudre dix structures enzymatiques en complexe avec des blocs de construction de lignine. Cela nous a donné le plan pour concevoir une enzyme pour travailler sur de nouvelles molécules. Nos collègues ont alors pu transférer le code ADN de cette nouvelle enzyme dans une souche industrielle de bactéries, étendant sa capacité à effectuer de multiples réactions."
Le professeur McGeehan a déclaré :« Nous avons maintenant la preuve du principe que nous pouvons concevoir avec succès cette classe d'enzymes pour lutter contre certaines des molécules à base de lignine les plus difficiles et nous continuerons à développer des outils biologiques capables de convertir les déchets en matériaux précieux et durables. ."
