En ny familj av enzymer har upptäckts som banar väg för att omvandla växtavfall till hållbara och högvärdiga produkter som nylon, plast, kemikalier, och bränslen.

Upptäckten leddes av medlemmar av samma brittisk-amerikanska enzymtekniska team som, i april, förbättrat ett plastsmältningsenzym, ett potentiellt genombrott för återvinning av plastavfall. (Kate lägger till LINK)

Studien publicerad i Naturkommunikation leddes av professor John McGeehan vid University of Portsmouth, Dr Gregg Beckham vid US Department of Energy's National Renewable Energy Laboratory (NREL), Professor Jen Dubois vid Montana State University, och professor Ken Houk vid University of California, Los Angeles.

Den nya familjen av enzymer är aktiva på byggstenarna av lignin - en av växtens huvudkomponenter, som forskare har försökt i decennier att hitta ett sätt att bryta ner effektivt.

Professor McGeehan, Direktör för Institute of Biological and Biomedical Sciences vid School of Biological Sciences i Portsmouth, sade:"Vi har samlat ett internationellt team för upptäckt och konstruktion av naturligt förekommande enzymer. Enzymer är biologiska katalysatorer som kan utföra otroliga reaktioner, bryter ner några av våra tuffaste naturliga och konstgjorda polymerer.

"För att skydda deras sockerhaltiga cellulosa, växter har utvecklat ett fascinerande komplicerat material som kallas lignin som bara ett litet urval av svampar och bakterier kan hantera. Dock, lignin representerar en enorm potentiell källa till hållbara kemikalier, så om vi kan hitta ett sätt att extrahera och använda dessa byggstenar, vi kan skapa fantastiska saker. "

Lignin fungerar som byggnadsställningar i växter och är centralt för vattenleverans. Det ger styrka och försvar mot patogener.

"Det är ett fantastiskt material, "Professor McGeehan sa, "cellulosa och lignin är bland de mest förekommande biopolymererna på jorden. Växternas framgång beror till stor del på den smarta blandningen av dessa polymerer för att skapa lignocellulosa, ett material som är utmanande att smälta. "

Forskargruppen fann ett sätt att släppa en viktig flaskhals i processen att bryta ner lignin till dess grundläggande kemikalier. Resultaten ger en väg till att tillverka nya material och kemikalier som nylon, bioplast, och till och med kolfiber, från det som tidigare varit en restprodukt.

Upptäckten erbjuder också ytterligare miljöfördelar - att skapa produkter från lignin minskar vårt beroende av olja för att göra vardagliga produkter och erbjuder ett attraktivt alternativ till att bränna det, hjälper till att minska koldioxidutsläppen.

Forskargruppen består av experter inom biofysik, strukturbiologi, syntetisk biologi kvantkemi, biokemi, och molekylär dynamik vid University of Portsmouth och NREL, och vid de amerikanska universiteten i Montana State, Georgien, och Kalifornien och Brasiliens universitet i Campinas.

Sam Mallinson, en doktorsexamen student i strukturbiologi vid University of Portsmouth och första författare på tidningen sa:"Det finns en långvarig fras-du kan göra vad som helst av lignin utom pengar-men genom att utnyttja kraften hos enzymer, detta kommer att ändras. Med hjälp av avancerad teknik, från röntgenkristallografi vid synkrotronen Diamond Light Source, till avancerad datormodellering, vi har kunnat förstå den detaljerade funktionen hos ett helt nytt enzymsystem. "

Enzymet är en ny klass av cytokrom P450, och det är promiskuöst, vilket betyder att den kan arbeta på ett brett spektrum av molekyler.

Dr Beckham sa:"Detta nya cytokrom P450-enzym kan bryta ner många olika ligninbaserade substrat. Det är bra eftersom det betyder att det sedan kan konstrueras för att vara specialist för en specifik molekyl och vi kan utveckla det ytterligare för att pressa in det en viss riktning.

"Vi har nu en av de mest kända, mångsidig, konstruerbara och utvecklingsbara klasser av enzymer som är redo att gå som fotfäste för bioteknik att gå vidare och göra enzymet bättre. "

Forskningen kommer i hälen på en annan studie som just publicerats i tidskriften PNAS , ledd av professor Ellen Neidle vid University of Georgia tillsammans med medlemmar i detta team, som hittade ett sätt att påskynda utvecklingen av detta enzym. Gruppen arbetar nu tillsammans för att upptäcka och utveckla ännu snabbare enzymer för att göra lignin till hållbara produkter av hög värde.