Enzym ten pełni ważną rolę w procesie rozkładu ligniny. Lignina jest skomplikowanym związkiem chemicznym, występującym w ścianach komórek włóknistych kory drzew oraz komórek mających charakter sklereidów, czyli komórek kamiennych. Można ją znaleźć we wszystkich roślinach naczyniowych. Lignina nadaje drewnu wytrzymałość, sprawia że rośliny są sztywne i mocne. Jej duża zawartość powoduje kruchość substancji roślinnej. Ponieważ jest związkiem polimerowym (monomerami są związki organiczne, będące pochodnymi aromatycznych alkoholi – fenylopropanowe mery), a jej budowa nie jest dokładnie poznana, uzyskanie z niej bogatych w energię cukrów stosowanych do produkcji bioetanolu jest trudne i mało opłacalne.
Rhodococcus jostii, bakteria żyjąca w glebie wykazuje aktywność degradacyjną ligniny. 

Anna Maciejewska cebiotech.com To nie pierwszy raz, kiedy usłyszano o Rhodococcus jostii, ale pierwszy raz, gdy usłyszano o enzymach degradujących  ligninę ...

Profesor Timothy Bugg, Uniwersytet w Warwick: Zidentyfikowaliśmy peroksydazę DypB ligniny w Rhodococcus jostii RHA1, bakterii, którą odkryliśmy w zeszłym roku. Jest ona zdolna do degradacji ligniny i jej genom został zsekwencjonowany kilka lat temu przez grupę naukowców. Grupie tej przewodniczył profesor Lindsay Eltis.  Chociaż enzymy te zostały dobrze zbadane w  grzybach, to enzymologia degradacji ligniny przez bakterie  jest znacznie mniej poznana i  zrozumiana . DypB jest to pierwszym taki enzymem, które został znaleziony w bakteriach.  Uważamy, że bakterie mogą mieć przewagę nad grzybami w dłuższej perspektywie, ponieważ łatwiej jest je klonować, prowadzić ekspresję genów i produkcję odpowiednich białek. Można także znaleźć termofilne bakterie, które mogą być przydatne dla biotechnologii.                                                                                                                                              

W jaki sposób odkryto enzym?

Doktorant w mojej grupie, Mark Ahmad (dr 2007-2010), opracował dwa testy kolorymetryczne do monitorowania rozkładu ligniny, które publikowaliśmy  w Molecular Biosystems w 2010 roku. Jednym z organizmów potrafiących degradować ligninę, który odkryliśmym, była  Rhodococcus jostii RHA1. Wiedziałem, że profesor  Lindsay Eltis (UBC, Kanada) zsekwencjonował genom tej bakterii. Odwiedziłem go więc w 2008 roku, rozpoczęliśmy współpracę, mającą na celu zidentyfikowanie enzymów tej bakterii, które rozkładałyby  ligninę.  Korzystając z pomocy bioinformatyki, udało mi się zidentyfikować dwa możliwe geny peroksydazy, które były również w innych bakteriach rozkładających ligninę. Lindsay następnie usunął ten gen z Rhodococcus jostii RHA1 i przysłał nam mutanty. Mark sprawdził je w swoim teście i stwierdził, że dypB miał dużo mniejszą  aktywność. Następnie wydzielił i oczyścił dwa enzymy, i stwierdził, że DypB był aktywny. Kolejnym krokiem było bardziej szczegółowe zbadanie reakcji enzymu z ligniną i lignocelulozą. Joe Roberts z grupy Lindsay’a, przeprowadził szczegółowe charakterystykę spektroskopową DypA i DypB,  to jest opublikowane.

Odkrycie to daje szansę na produkcjię tych enzymów w skali przemysłowej. Jakie znajdzie to  zastosowanie w przemyśle?

Działalność DypB jest dość mała, ale wiemy, że DypB jest jednym z grupy enzymów bakteryjnych rozkładających ligninę i zależy nam na identyfikacji kolejnych. Korzystanie z rekombinowanych enzymów i zastosowanie tych enzymów na większą skalę może być możliwe, ale to zajmie 1-2 lata. Widzę dwa możliwe zastosowania: pierwsze) lignina jest produktem ubocznym w produkcji papieru / pulpy przemysłowej i bioetanolu więc enzymy rozkładające ligninę mogą być użyte do konwersji odpadów do odnawialnych substancji chemicznych (np. fenole, wanilina). Drugie zastosowanie- rozkład ligniny jest również jednym z ograniczeń w  celulozowej produkcji bioetanolu, która korzysta z energochłonnej obróbki wstępnej. Jeśli biologiczna wstępna obróbka ligniny będzie się rozwijać, to będzie mogła być stosowana do produkcji biopaliw z odpadów, takich jak słoma itp.

Jak długo pracował Pan i pana grupa nad tym projektem?

Pracujemy nad projektem od kiedy Mark Ahmad rozpoczął doktorat, było to w 2007 roku, ale ja pracuję nad enzymologią degradacji aromatycznej, odkąd  zacząłem karierę akademicką w 1991 roku. Ligninę miałem cały czas na uwadze, ale bardziej się na niej skupiłem i rozpocząłem prace nad nią później, ze względu na znaczenie dla biopaliw i odnawialnych źródeł produkcji substancji chemicznych, które myślę, że jest wielkim wyzwaniem dla nauki XXI wieku.

Podziękowania dla Profesora za owocną współpracę.

red. Anna Maciejewska