废物中的生物燃料—微小的海洋木料操作者提供的酶可能提供生产生物燃料的具有成本效益的手段

最近，在对一种称为“碎石”的微型海洋木钻进行研究时，发现了一种新酶，这种酶可以帮助将木质废料有效地转化为液体燃料。极小的动物主要是由于它们使用的强大酶而能够完全破坏海边码头的能力而闻名。

图片来源：朴茨茅斯大学的劳拉·米奇（Laura Michie），自然历史博物馆的亚历克斯·鲍尔（Alex Ball）的协助

通过利用先进的生化分析和X射线技术，来自约克大学，朴次茅斯大学和国家可再生能源实验室的研究人员能够确定粗砂用来破坏的主要酶的确切结构和功能。倒木。研究人员认为，这项发现-如果以工业规模利用-将允许采用更具成本效益的方式将废物转化为生物燃料。

为了从木质生物质（纸，木屑，稻草等）生产液体生物燃料，这些材料主要组成的多糖（糖聚合物）需要分解为简单的糖。然后可以将这些简单的糖进行发酵和精制-生成液态生物燃料。

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这是一个困难的过程，以这种方式制造生物燃料目前过于昂贵。为了找到更有效，更便宜的将木材转化为液体燃料的方法，科学家正在研究可以分解木材的生物，希望通过发展工业流程来做到这一点。

碎石是令人感兴趣的，因为它们是木材的狂热消费者，并且具有消化所需的所有酶。这些酶附着在长链的复合糖上，并切掉可轻易消化或发酵的小可溶性分子。研究人员从粗砂砾中鉴定出了纤维素酶（一种将纤维素转化为葡萄糖的酶），它具有一些不同寻常的特性，并使用最新的成像技术对其进行了更多了解。

约克大学新型农产品中心的首席研究员西蒙·麦昆·梅森教授解释说：酶是充当催化剂的蛋白质，在这种情况下，是一种降解纤维素的蛋白质。它们的功能由其三维形状决定，但是它们是微小的实体，无法用高倍显微镜观察到。取而代之的是，我们制造蛋白质的晶体，其中蛋白质的数百万个拷贝以相同的方向排列。

朴茨茅斯大学团队的结构生物学家John McGeehan博士说：“一旦我们成功完成了制造酶晶体的艰巨任务，我们便将它们运送到英国国家同步加速器科学机构Diamond Light Source。我们没有像标准显微镜那样用透镜放大酶，而是向晶体发射了强烈的X射线，以生成一系列可以转换为3D模型的图像。Diamond同步加速器产生了很好的数据，因此我们可以看到酶中每个单个原子的位置。然后，我们的美国同事使用了功能强大的超级计算机（称为Kraken和Red Mesa）来模拟酶的作用。这些结果加在一起有助于揭示纤维素链如何被消化成葡萄糖。”

“ 3D X射线结构使科学家能够看到酶的内部，并揭示其如何结合和消化纤维素链。”朴次茅斯大学John McGeehan

研究人员认为，所有这些新的数据和知识将允许创建可在工业环境中使用的强大的酶。先前的研究已经确定了木材降解真菌使用的类似纤维素酶，但是这种新酶似乎比那些能够经受严酷工业实践的酶更坚固。这种弹性意味着将需要更少的酶，从而有助于进一步降低生物燃料的生产成本。

麦昆·梅森教授解释说：“虽然这种酶从表面上看起来与真菌中的同等酶相似，但仔细检查会发现其具有特殊功能的结构差异，例如，该酶具有极强的酸性表面，我们相信这是有助于其健壮性的特征之一。 ”

麦昆·梅森教授补充说：这些酶的强大特性使其可与海水兼容使用，这将降低加工成本。降低酶的成本被认为对于使木质材料生产生物燃料具有成本效益至关重要。它的坚固性还可以延长酶的使用寿命，并使其在加工过程中可以回收和再利用。

该研究刚刚在PNAS上发表。