Enzymatisk modifiering av lignin av oxidoreduktaser från vednedbrytande svampar

Projektbeskrivning

Cellulosa, hemicellulosa och lignin är de tre organiska huvudbeståndsdelarna i ved. I naturen är många olika slags mikroorganismer, både bakterier och svampar, inblandade i nedbrytning av ved. De första stegen i nedbrytning av ved utförs av olika slags svampar, som grovt kan indelas i vitrötesvampar, brunrötesvampar och mögelrötesvampar. För mikroorganismerna är det lättast att bryta ned polysackariderna, dvs. cellulosa och hemicellulosa, medan det är svårare att bryta ned lignin. Även om andra mikroorganismer kan medverka så utförs effektiv mineralisering av lignin, dvs. nedbrytning till koldioxid, företrädesvis av vitrötesvampar. Orsakerna till detta är emellertid dåligt kända. Projektets övergripande syfte är att ge ökad förståelse av de biokemiska mekanismerna bakom svampars nedbrytning av ved i allmänhet och lignin i synnerhet.

I samband med nedbrytning av ved utsöndrar vitrötesvampar enzymer, dvs. biologiska katalysatorer som påskyndar förloppet. Substanser som cellulosa och lignin är för stora för att direkt tas upp av svampens hyfer, men genom att utsöndra enzymer som bryter ned stora substanser till mindre fragment kan svampen ta upp och tillgodogöra sig dessa substanser. Svamparna utsöndrar många olika slags enzymer och man vet hur vissa av dem fungerar, men det upptäcks fortfarande nya enzymer och man vet inte alltid exakt vilken funktion de har. Projektet är inriktat mot enzymer vars funktion är dåligt känd och speciellt mot enzymer som är inblandade i redoxreaktioner, speciellt enzymer som direkt eller indirekt drivs av syrgas. En del studier pekar på att vissa av de enzymer som kommer att studeras är inblandade i nedbrytning av cellulosa, medan andra studier istället pekar på att de är inblandade i nedbrytning av lignin. En av projektets målsättningar är att bringa klarhet i detta.

Nedbrytning av lignin skiljer sig på ett grundläggande sätt från nedbrytning av cellulosa genom att fullständig nedbrytning av lignin kräver tillgång till syrgas. För drygt ett decennium sedan upptäcktes dock ett nytt enzym som visat sig vara inblandat i nedbrytningen av cellulosa och hemicellulosa, men som kan drivas av syrgas. I och med denna upptäckt blev det svårare att tydligt skilja på nedbrytning av cellulosa, som huvudsakligen är en hydrolytisk process (en sönderdelning under upptagande av vatten), och nedbrytning av lignin, som huvudsakligen är en redoxprocess som direkt eller indirekt bygger på tillgången till syrgas från luften. Eventuellt är detta nyupptäckta enzym inblandat både i nedbrytning av cellulosa och nedbrytning av lignin. En av projektets målsättningar är att bringa klarhet i detta.

Vissa enzymer har förmågan att oxidera strukturer som ingår i lignin, medan andra enzymer har förmågan att reducera dem. Vitrötesvampar utsöndrar båda dessa slag av enzymer, men det är inte känt varför. En av projektets målsättningar är därför att bringa klarhet i hur dessa olika slag av enzymer påverkar och interagerar med varandra. Sammantaget kommer projektet att ge en bättre förståelse av enzymer som utsöndras av vednedbrytande svampar. Svampar som bryter ned ved är viktiga för kolets kretslopp i naturen. Enligt vissa teorier är det avsaknad av eller bristfällig mikrobiell förmåga att bryta ned lignin som ligger bakom de stora anhopningar av organiskt material i jordskorpan som idag utgör brunkol och stenkol. På senare tid har enzymer från svampar som bryter ned ved även blivit viktiga inom industrin. Med hjälp av rekombinant-DNA-teknik kan man i dag framställa stora mängder av tekniskt intressanta enzymer, t.ex. för tillverkning av kemikalier från förnybar råvara. Dessa kemikalier kan i framtiden komma att ersätta fossila oljebaserade kemikalier. Den snabba utvecklingen inom detta område bygger till stor del på forskning om tekniskt intressanta mikroorganismer och enzymer.