Ett enzym som upptäckts vid U.S. Department of Energys (DOE) National Renewable Energy Laboratory (NREL) visar sig vara skickligt på att bryta ner cellulosafibrer oavsett om deras kristallina struktur är enkel eller mycket komplex. Inget annat enzym har visat den förmågan.

Enzymet, kallas CelA, kommer från Caldicellulosiruptor bescii, och NREL-forskare rapporterade för tre år sedan, i tidskriften Science, hur det kan omvandla biomassa till socker snabbare än konkurrerande katalysatorer i kommersiella enzympreparat. Uppföljningsstudien, detaljerad i den nya Vetenskapliga rapporter papper, Multi Domain Caldicellulosiruptor bescii CelA Cellulase utmärker sig vid hydrolys av kristallin cellulosa, pekar på hur enzymet kan hjälpa till att ta bort ett av de tekniska och ekonomiska hindren som hindrar cellulosahaltiga biobränslen från att bli en kommersiell verklighet.

Den kristallina strukturen av cellulosafiber i växtcellväggar utgör i allmänhet ett problem för cellulaser, enzymerna som arbetar för att bryta ner cellulosa. Ju mer kristallin strukturen är, desto starkare är fibrerna. Svampenzymer som testats hittills kan inte lätt bryta ner fibrer med högt kristallint innehåll så att materialet kan omvandlas till ett biobränsle. CelA, dock, är agnostisk för nivån av kristallint innehåll.

"CelA kan bryta ner cellulosa med hög kristallinitet på samma sätt som låg kristallinitet, som aldrig har visats för något annat cellulas, sa Yannick Bomble, en senior forskare vid NREL och seniorförfattaren till tidningen. "Ju bättre cellulaset är, ju snabbare du kan omvandla biomassa till enkla sockerarter så desto billigare blir processen."

Bombles medförfattare från NREL är Roman Brunecky, Bryon Donohoe, John Yarbrough, Ashutosh Mittal, Larry Taylor, Daehwan Chung, och Michael Himmel. Andra medförfattare var Brian Scott, Hanshu Ding, Sarah Teter från Novozymes, och Jordan Russell och Janet Westpheling från University of Georgia. Deras forskning tittade på hur CelA presterade när det gällde att bryta ner och interagera med komponenterna i cellväggarna i majsstover:glukan, xylan, och lignin. Kemiska förbehandlingar användes på majsspis och silkeslena fibrer som kallas bomullslinters, lämnar efter sig olika mängder av komponenterna och olika grader av kristallinitet, respektive. Experimenten visade att graden av kristallinitet inte påverkade hur bra enzymet presterade.

Stickpunkten kom när CelA stötte på lignin, komponenten som ger styvhet till cellväggarna. Med vissa förbehandlingsförhållanden, lite lignin kvar, och det stoppade enzymet. "Om det binder till lignin, den har bara fastnat. Det kan inte bearbeta eller bryta ner biomassa längre, " sa Bomble. "När det händer, du förlorar enzymet. Ju fler enzymer du förlorar till icke-produktiv bindning, desto mindre effektiv är omvandlingen. Det är oftast det som är problemet. Det är därför vi arbetar med strategier för att förhindra CelA:s bindning till lignin men behålla den vitala affiniteten till cellulosa."