Rozkładanie ścianek komórkowych roślin w produkcji biopaliw
Biomasa z opadów pochodzących z rolnictwa, leśnictwa lub upraw energetycznych jest cennym źródłem energii odnawialnej. Jej energia zawarta jest w bogactwie węglowodanów tworzących ściany komórkowe roślin. Cukry te można poddawać fermentacji w celu wytwarzania etanolu, metanolu i innych cennych związków. Celuloza, hemiceluloza i lignina (lignoceluloza) są głównymi składnikami ścian komórek. Niestety, ekstrakcja i uwalnianie węglowodanów (celulozy i hemicelulozy) z ligniny, z którą są mocno związane, nie jest zadaniem łatwym. Brak enzymów degradacyjnych utrudnia wykorzystanie tych węglowodanów w biomasie do optymalnej produkcji paliw. Naukowcy będący uczestnikami finansowanego przez UE projektu DEGRADEPLANT ("Directed evolution and semi-rational engineering of plant cell wall-degrading enzymes") badali możliwości zastosowania techniki delecji i insercji (indel) w enzymach degeneracyjnych w celu uzyskania funkcyjnych modyfikacji oraz poprawy wydajności i selektywności. Największy nacisk kładziono na opracowanie technik wytwarzania bibliotek wariantów indel za pomocą losowej mutagenezy. Następnie naukowcy zajęli się kierowaną ewolucją dwóch klas enzymów, hydrolaz glikozydu i tzw. enzymów mieszanych, cechujących się szeroką specyficznością substratów. Uczestnicy projektu DEGRADEPLANT opracowali nową metodę doświadczalną do tworzenia bibliotek indel. Do usuwania określonych sekwencji DNA i zastępowania ich sekwencjami indel wykorzystano enzymy restrykcyjne i transpozony. Naukowcom udało się stworzyć biblioteki wariantów losowych mieszanej hydrolazy dwufunkcyjnej, która oddziałuje zarówno na celulozę, jak i ksylan, dwa główne składniki biomasy lignocelulozowej. Jak dotąd badacze zidentyfikowali kilka regionów w wariantach indel, które zwiększają aktywność enzymów lub nadają im nowe funkcje. Naukowcy z powodzeniem opracowali i przetestowali technikę doświadczalną degradacji biomasy lignocelulozowej. Wyniki tych badań powinny być bardzo ważnym impulsem dla sektora biomasy, gdyż pozwalają na zmniejszenie kosztów oraz poprawę wydajności konwersji.
