一系列新的酶已被设计用于执行将植物废物转化为可持续和高价值产品(如尼龙，塑料和化学品)的最重要步骤之一。
该发现由英国 - 美国酶工程团队的成员领导，该团队去年设计并改进了塑料消化酶，这是塑料废物回收的潜在突破。(链接)
该研究发表在“ 美国国家科学院院刊”上，由蒙大拿州立大学的Jen Dubois教授，美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)的Gregg Beckham博士，大学的Ken Houk教授领导。加州，洛杉矶和朴茨茅斯大学的John McGeehan教授团队。
这种新设计的酶对木质素具有活性 - 木质素是植物的主要成分之一，科学家几十年来一直试图找到一种有效分解的方法。
朴茨茅斯生物科学学院酶学创新中心主任McGeehan教授说：“这是我们的目标 - 从大自然中发现酶，将它们带入我们的实验室，了解它们的工作原理，然后设计它们来生产生物技术产业的新工具。在这种情况下，我们采用了一种天然存在的酶，并对其进行了设计，以便在最严苛的天然植物聚合物分解过程中发挥关键作用。
“为了保护他们的含糖纤维素，植物已经发展出一种令人着迷的复杂材料，称为木质素，只有少量的真菌和细菌可以解决这些问题。然而，木质素代表了可持续化学品的巨大潜在来源，所以如果我们能找到一种方法，提取和使用这些构建块，我们可以创造出伟大的东西。“
木质素在植物中起到支架作用，并且是水输送的核心。它提供强度和防御病原体。
“这是一种令人惊奇的材料，”McGeehan教授说，“纤维素和木质素是地球上最丰富的生物聚合物之一。植物的成功很大程度上归功于这些聚合物的巧妙混合，以产生木质纤维素，这是一种难以消化的材料。 “
目前的酶倾向于仅对木质素的一个构建块起作用，使得分解过程效率低下。利用先进的三维结构和生物化学技术，该团队已经能够改变酶的形状，以适应多个构建模块。结果提供了从以前的废品中制造新材料和化学品(如尼龙，生物塑料，甚至碳纤维)的途径。
这一发现还提供了额外的环境效益 - 用木质素制造产品减少了我们对石油的依赖，从而制造日常产品，并为燃烧它提供了一种有吸引力的替代方案，有助于减少二氧化碳排放。
该研究团队由朴茨茅斯大学，蒙大拿州，佐治亚州，肯塔基州和加利福尼亚大学的结构生物学，生物化学，量子化学和合成生物学的国际专家团队以及两个美国国家实验室NREL和Oak Ridge组成。
朴茨茅斯大学的研究生Dan Hinchen说：“我们在Diamond Light Source同步加速器上使用X射线晶体学来解决与木质素结构单元复合的十种酶结构。这为我们提供了设计酶的工作蓝图。然后我们的同事们将这种新酶的DNA代码转移到工业菌株中，扩展了它进行多重反应的能力。“
McGeehan教授说：“我们现在有原理验证，我们可以成功地设计这类酶来解决一些最具挑战性的木质素分子，我们将继续开发可以将废物转化为有价值和可持续材料的生物工具“。