Roberta De Carolis Un enzima sintetico ha digerito la lignina, liberando una nuova fonte di energia rinnovabile. L’incredibile risultato, che gli scienziati hanno cercato per più di un secolo, è opera di un gruppo di ricerca della Washington State University e del Pacific Northwest National Laboratory (Usa)
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Un enzima artificiale, quindi progettato e sintetizzato in laboratorio, ha digerito la lignina, il polimero che aiuta le piante legnose a mantenere la loro forma e che immagazzina un enorme potenziale di energia rinnovabile. Il successo è opera di un gruppo di ricerca della Washington State University e del Pacific Northwest National Laboratory (Usa).
Gli scienziati hanno provato per più di un secolo a usare la lignina come fonte di energia rinnovabile, senza successo. Nonostante, infatti, la molecola sia la seconda fonte di carbonio rinnovabile più abbondante sulla Terra, va per lo più sprecata come fonte di carburante.
Quando infatti il legno viene bruciato per cucinare o per scaldarci, la combustione rilascia tutto quel carbonio nell’atmosfera senza che questo possa essere catturato e utilizzato per altri scopi. Il processo, inoltre, è notoriamente inquinante.
Il nostro enzima biomimetico ha mostrato risultati promettenti nel degradare la lignina reale, una svolta – spiega Xiao Zhang, autore principale del lavoro – Riteniamo ci sia l’opportunità di sviluppare una nuova classe di catalizzatori e di affrontare davvero i limiti dei catalizzatori biologici e chimici
La lignina è presente in tutte le piante vascolari, dove forma le pareti cellulari, fornisce alle piante rigidità, permettendo agli alberi di stare in piedi e conferendo alle verdure la loro compattezza e costituisce circa il 20-35% del peso del legno.
Poiché la lignina diventa gialla se esposta all’aria, l’industria dei prodotti in legno la rimuove come nel processo di produzione della carta fine, ma poi viene spesso bruciata in modo inefficiente per produrre carburante ed elettricità.
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Troppo carbonio rinnovabile sprecato
Questo è il primo enzima biomimetico che sappiamo può digerire in modo efficiente la lignina per produrre composti che possono essere utilizzati come biocarburanti e per la produzione chimica
aggiunge Chun-Long Chen, coautore del lavoro
In natura, funghi e batteri sono in grado di scomporre la lignina con i loro enzimi, ed è così che un tronco coperto di funghi si decompone nella foresta. Gli enzimi offrono infatti un processo molto più rispettoso dell’ambiente rispetto alla degradazione chimica, che richiede calore elevato e consuma più energia di quanta ne produca.
Tuttavia gli enzimi naturali si degradano nel tempo, rendendoli complicati da usare in un processo industriale, tra l’altro anche molto costosi. D’altro canto, anche se i ricercatori non sono mai riusciti a sfruttare gli enzimi naturali, nel corso dei decenni hanno imparato molto su come funzionano. E ora qualcuno è riuscito a “imitarli” sintetizzando molecole che riescono a fare il loro stesso lavoro.
Gli scienziati, in particolare, hanno sostituito i peptidi che circondano il sito attivo degli enzimi naturali con molecole simili a proteine chiamate peptoidi, che si sono poi autoassemblati in tubi e lastre cristalline su scala nanometrica.
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I peptoidi sono stati sviluppati per la prima volta negli anni ‘90 per imitare la funzione delle proteine e hanno diverse caratteristiche uniche, inclusa l’elevata stabilità, che consentono agli scienziati di affrontare le carenze degli enzimi naturali. In questo caso, offrono un’altissima densità di siti attivi (ovvero moltissimi “punti” sulla molecola ove far avvenire la reazione desiderata, in questo caso la decomposizione della lignina), impossibile da ottenere con un enzima naturale.
Come previsto, questi enzimi artificiali sono anche molto più stabili e robusti rispetto alle versioni naturali, funzionamento a temperature fino a 60 gradi Celsius, una temperatura che distruggerebbe un enzima naturale.
Questo lavoro apre davvero nuove opportunità – conclude Chen – Ed è un significativo passo avanti per poter convertire la lignina in prodotti con valore aggiunto utilizzando un approccio rispettoso dell’ambiente
C’è ancora molto lavoro da fare, si intende. Il nuovo enzima biomimetico deve infatti essere ulteriormente migliorato per aumentare la resa di conversione, per generare prodotti più selettivi: solo così avrà la possibilità di arrivare alla scala industriale, ove trovare molteplici applicazioni, come in materiali rinnovabili per biocarburanti aeronautici e a base biologica.
E no, non può essere la scusa per abbattere più alberi, ma solo una meravigliosa opportunità per usare al meglio quelli che sono già abbattuti. E anzi, per ridurne l’abbattimento, rendendo il loro utilizzo più efficiente.
Il lavoro è stato pubblicato su Nature Communication.
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Fonti: Pacific Northwest National Laboratory / Nature Communication
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