Nowe enzymy biopaliwowe

Kataliza odgrywa istotną rolę w wielu procesach przemysłowych, umożliwiając przyspieszanie reakcji chemicznych poprzez obniżanie energii niezbędnej do ich zajścia. Enzymy stanowią obiecującą, ekologiczną alternatywę dla katalizatorów syntetycznych, ale jak dotąd niewiele enzymów jest produkowanych na skalę przemysłową. Znalezienie lub wytworzenie enzymów stabilnych w bardzo wysokich temperaturach przyniosłoby bardzo istotne korzyści.

W poszukiwaniu enzymów odpornych na wysoką temperaturę powołano do życia finansowany ze środków UE projekt HOTZYME (Systematic screening for novel hydrolases from hot environments). Naukowcy wykorzystali nowoczesne metody badań metagenomicznych, aby przewidzieć działanie białek całościowych genomów mikroorganizmów w ich naturalnych środowiskach. Przedmiotem badań była pula genów drobnoustrojów żyjących w gorących środowiskach lądowych, w których poszukiwano hydrolaz. Są to enzymy katalizujące hydrolizę, czyli rozbijanie cząsteczek poprzez dodawanie grup wodorowych i wodorotlenowych.

Partnerzy projektu zaobserwowali obiecujące właściwości degradacji enzymatycznej w niektórych izolatach pobranych z gorących środowisk. Wyizolowano między innymi bakterie z rodzaju Thermus zdolne do rozkładania ksylanu w wysokich temperaturach oraz bakterie z rodzaju Thermoanaerobacter wykazujące odporność na epoksyd. Z próbek środowiskowych uzyskano dwa dodatkowe metagenomy.

Wśród innych osiągnięć należy wymienić opracowanie klasyfikatorów białek oraz system śledzenia próbek, szczepów i bibliotek. Naukowcy opracowali różnorodne metody szybkiego przesiewania laktonaz i hydrolaz. Enzymy te sklonowano i scharakteryzowano pod kątem specyficzności substratów i aktywności funkcjonalnej. Dodatkowo zebrano osiem bibliotek ekspresji, które poddano przesiewaniu funkcjonalnemu w poszukiwaniu nowatorskich hydrolaz.

Konsorcjum zidentyfikowało nową celulozę, którą można stosować do opartej na biomasie produkcji bioetanolu oraz w przetwórstwie masy celulozowej. Oferuje ona istotne korzyści środowiskowe dzięki zastąpieniu paliw kopalnych, a tym samym zahamowaniu wzrostu emisji gazów cieplarnianych (szczególnie dwutlenku węgla) do atmosfery i poprawie jakości powietrza. Hipertermostabilna proteaza zidentyfikowana w nowym genomie Thermococcus ma duży potencjał w zakresie produkcji proszków do prania i przetwórstwa karmy dla zwierząt.

Projekt HOTZYME dostarczył informacji na temat enzymów pracujących w wysokich temperaturach wydajniej od wytwarzanych przez grzyby enzymów do hydrolizy celulozy. Ponadto zbadana bioróżnorodność stanowi ogromny zasób, który będzie można wykorzystać w przyszłości.