В журнале Nature опубликовано исследование, выполненное учеными из Бразильского центра исследований в области энергетики и материалов (CNPEM) в сотрудничестве с международными партнерами. В нем описано открытие фермента CelOCE, который может радикально изменить процесс переработки растительных отходов в биотопливо.
Целлюлоза — один из самых распространенных природных полимеров, состоящий исключительно из глюкозы. Однако ее кристаллическая структура, а также прочные связи с другими компонентами клеточной стенки, такими как лигнин и гемицеллюлозы, делают ее крайне устойчивой к разложению. В природе этот процесс идет очень медленно и требует сложных ферментных систем.
Именно в этом и заключается важность нового фермента. CelOCE способен «взламывать» структуру целлюлозы, делая ее доступной для других ферментов, участвующих в переработке. Ученые объясняют, что если представить целлюлозу как систему замков, то CelOCE — это ключ, открывающий их. После его действия другие ферменты могут беспрепятственно превращать волокна в сахар.
CelOCE не является монооксигеназой, как считалось раньше обязательным для процессов расщепления. Вместо этого он представляет собой металлофермент, в структуре которого есть атом меди, играющий роль катализатора. Это означает, что фермент работает по совершенно новому механизму. Он распознает конец волокна, прикрепляется к нему и производит расщепление с помощью окисления.
Особенность CelOCE — в его способности самостоятельно вырабатывать перекись водорода, необходимую для реакции. Это устраняет потребность добавлять перекись извне, что крайне сложно и дорого на промышленных мощностях. Кроме того, он состоит из двух одинаковых частей: одна крепится к волокну, вторая синтезирует нужный компонент для реакции. Это делает фермент автономным и эффективным.
Открытие стало результатом многолетней междисциплинарной работы. Исследование началось с анализа образцов почвы, покрытых жомом сахарного тростника, рядом с заводом в Сан-Паулу. Ученые использовали передовые методы, включая генную инженерию, метагеномику, рентгеновскую дифракцию и пилотные биореакторы. Идею проверили в установках объемом до 300 литров — не просто в лаборатории, а в условиях, приближенных к промышленным.
Как подчеркивают исследователи, CelOCE уже готов к внедрению. Это особенно важно для Бразилии, где работают два биозавода, перерабатывающие целлюлозу в топливо. Эффективность этого процесса пока не превышает 70-80%, а внедрение нового фермента позволит увеличить выход и переработать большее количество биомассы.
Пока одни ученые открывают новые горизонты в биотопливе, другие делают шаг вперед в области солнечной энергетики. Например, недавно был разработан экологичный тип органических солнечных панелей с впечатляющей эффективностью — об этом вы можете узнать подробнее в этой статье.
