La ricerca sul bioetanolo si occupa di nuovi enzimi
La lignocellulosa è composta da un complesso di polimeri di carboidrati (cellulosa ed emicellulosa) strettamente legati alla lignina, che viene scomposto in molecole di zuccheri molto più semplici prima che possa fermentare e trasformarsi in bioetanolo. Tuttavia, la struttura densamente compattata della lignocellulosa è molto resistente alla scomposizione degli enzimi, presentando difficoltà di utilizzo nella produzione del bioetanolo. Questa è stata la sfida affrontata dal progetto DISCO, che ha studiato nuovi enzimi per la scomposizione della lignocellulosa e il modo in cui essi funzionano. I ricercatori hanno scelto come fonte di biomassa di lignocellulosa prontamente disponibile la paglia, la crusca di frumento, le pannocchie e gli abeti. Sono stati sviluppati metodi di pre-trattamento per rendere i materiali più suscettibili agli enzimi, modificando sia la struttura che la chimica delle biomasse in questione. I solidi di lignocellulosa restanti dopo il trattamento preliminare sono stati idrolizzati mediante enzimi, e i residui di idrolisi sono stati analizzati sia chimicamente che al microscopio. I diversi microbi sono responsabili della decomposizione della biomassa delle piante, offrendo una vasta gamma di enzimi per scomporre efficacemente la cellulosa e le emicellulose in zuccheri fermentabili. I partner del progetto hanno utilizzato tre diverse strategie per identificare i microrganismi adatti: verifica funzionale di colture fungine, verifica funzionale di biblioteche meta genomiche e verifica in silico di genomi fungini. Sono stati analizzati inizialmente circa 700 ceppi fungini, di cui il 70 % era rappresentato da nuovi batteri isolati nel suolo. L'analisi della miscela degli enzimi fungini è stata analizzata per varie attività di emicellulasi e cellulasi, e ciò ha portato alla scoperta di dozzine di ceppi fungini idonei. Tuttavia, le miscele di enzimi prodotte da colture fungine erano normalmente complesse, e molte attività agivano in modo sinergico. Questo ha rappresentato un grande problema durante la valutazione dei componenti dei vari enzimi. I partner del progetto hanno utilizzato una verifica in silico usando biblioteche metagenomiche per i genomi fungini in base alla sequenza genetica di enzimi con funzioni simili. Questo ha permesso agli scienziati di DISCO di scegliere gli enzimi che non sono prodotti in quantità rilevabili in condizioni di laboratorio mediante funghi di tipo selvatico. Gli studi hanno incluso la specie Myceliophthora thermophila C1 e hanno portato alla scoperta di 21 nuovi geni che sono stati caratterizzati e testati. Il progetto DISCO ha sviluppato con successo strumenti efficaci ed economici per l'idrolisi totale di biomassa lignocellulosica, mantenendo così il ruolo primario dell'Europa nella produzione industriale di enzimi. L'idrolisi totale di biomassa lignocellulosica spianerà la strada a una vasta gamma di applicazioni di enzimi nell'industria europea e incoraggerà le nuove piccole e medie imprese (PMI).