دانشمندان برزیلی موفق به کشف یک آنزیم منحصر‌به‌فرد شده‌اند که می‌تواند فرایند تبدیل ضایعات کشاورزی مانند پوسته نیشکر و کاه گندم به سوخت زیستی را به طور چشمگیری بهینه کند. این آنزیم با نام CelOCE (Cellulose Oxidative Cleaving Enzyme) به معنای «آنزیم شکننده اکسیداتیو سلولز» می‌تواند به صورت کارآمدتری از هر روش قبلی ساختار مقاوم سلولز را در گیاهان بشکند و راه را برای تولید گسترده اتانول نسل دوم هموار کند.
سلولز فراوان‌ترین پلیمر قابل تجدید روی زمین است و از قند گلوکز تشکیل شده است. اما به دلیل ساختار بلورین محکم و پیچیده‌اش، که با مواد دیگری مثل لیگنین و همی‌سلولز درهم تنیده شده، شکستن آن یکی از چالش‌های بزرگ علوم انرژی به‌حساب می‌آید.
تاکنون، آنزیم‌های کلاسیک فقط قادر به شکستن بخشی از سلولز بودند. اما کشف CelOCE نوعی تحول بنیادین در نحوهٔ استفاده از زیست‌توده گیاهی به عنوان منبع انرژی است.
سل-او-سی-ای، کلید ساختار‌های مقاوم سلولز
برخلاف آنزیم‌های قدیمی که فقط در نقاط آزاد سلولز عمل می‌کردند، CelOCE می‌تواند به انتهای رشته‌های سلولزی متصل شده و با یک واکنش اکسیداسیون منحصر‌به‌فرد، پیوند‌های بلورین آن را بشکند.
این آنزیم یک متالوانزیم است و دارای یک اتم مس در ساختارش است که نقش مرکز فعال کاتالیزی را ایفا می‌کند. مهم‌تر از همه، این آنزیم خود تولید کنندهٔ پروکسید لازم برای واکنش است، در حالی که آنزیم‌های قبلی به منابع خارجی این ماده نیاز داشتند.
به گفتهٔ ماریو موراکامی، مدیر گروه تحقیقات بیوکاتالیز و بیولوژی سنتتیک CNPEM و مجری این پروژه: «CelOCE شبیه یک دستگاه کاتالیزوری کامل عمل می‌کند. یک واحد آن به سلولز متصل می‌شود و واحد دیگر به‌صورت خودکار پروکسید تولید می‌کند. این ویژگی باعث می‌شود فرایند شکستن سلولز کنترل‌شده‌تر، ایمن‌تر و مؤثرتر باشد.»
تحولی در فناوری تولید سوخت زیستی
تاکنون، آنزیم‌های خانوادهٔ مونواکسیژناز‌ها اولین انقلاب در شکستن سلولز را رقم زدند. اما موراکامی تأکید می‌کند که CelOCE این الگو را شکسته و یک راه حل طبیعی و کارآمدتر را به جایگاه آورده است.
در آزمایش‌ها مشخص شد که اضافه کردن CelOCE به کوکتل آنزیمی موجود، دو برابر افزایش در تولید قند نسبت به استفاده از مونواکسیژناز‌ها ایجاد می‌کند.
این مسئله می‌تواند به طور مستقیم به افزایش راندمان تولید اتانول از زیست‌توده گیاهی منجر شود. این موضوع به ویژه برای کشور‌هایی مانند برزیل که دو تن از تنها کارخانه‌های تجاری تولید سوخت زیستی از سلولز را دارند، بسیار مهم است.
کشفی طبیعی، نه مصنوعی
جالب است بدانید که این آنزیم در آزمایشگاه ساخته نشده، بلکه در طبیعت یافت شده است. محققان ابتدا از خاک‌های آلوده به پوسته نیشکر در مجاورت یک بیورافینری در برزیل نمونه‌برداری کردند. آنها با استفاده از روش‌های پیشرفته‌ای مانند متاژنومیکس، پروتئومیکس، طیف‌سنجی فلورسانس و X-ray، به همراه مهندسی ژنتیک قارچ‌ها با فناوری CRISPR/Cas، به این کشف رسیدند.
این تحقیق از مطالعهٔ تنوع زیستی گرفته تا تست در رآکتور‌های نیمه‌صنعتی ۶۵۰ لیتری ادامه داشت و نشان داد که CelOCE آمادهٔ استفاده در مقیاس صنعتی است.
چشم‌اندازی برای انرژی پاک
به گزارش scitechdaily، با توجه به بحران آب‌وهوایی جهانی و نیاز فوری به یافتن منابع انرژی پایدار، کشف CelOCE می‌تواند گامی بزرگ به سوی تولید سوخت‌های زیستی کربن-منفی باشد.
موراکامی دربارهٔ آینده این کشف می‌گوید: «ما الان در مرحلهٔ نظریه نیستیم؛ ما در مقیاس آزمایشگاهی و حتی نیمه‌صنعتی ثابت کردیم که این آنزیم کار می‌کند. این یعنی می‌تواند بدون هیچ تاخیری وارد خط تولید شود.»
این موفقیت نه تنها برای تولید اتانول خودروها، بلکه برای تولید سوخت‌های زیستی هوایی نیز می‌تواند کاربرد داشته باشد.
source