科學家發現新型酶可降解木質素，將植物廢料轉為高價值產品
一個英美工程團隊發現了細胞色素 P450 的新家族酶，或可成為降解植物木質素並將其轉化為高價值尼龍、生物塑膠、化學品、燃料等產品的關鍵。
木質素（lignin）是一類有機聚合物，其複雜程度令人難以置信，在維管植物和一些藻類支持組織中充當重要結構材料，尤其是木材與樹皮，維管植物中負責輸水的木質部即含有大量木質素，幫助木質部維持高硬度以承拓整株植物的重量，且不易腐爛、能防禦病原體。
自然界中只有少量真菌與細菌可以消化木質素，但木質素是永續化學品的巨大潛在來源，如果我們能找到有效的方法提取利用，有機會帶來壯觀經濟效益，且由木質素衍生的產品能減少對石油產品的依賴，減少燃燒時所排放的二氧化碳量，科學家為此已尋找了各種方法數十年。
▲ 木質素化學結構。（Source：By real name: Karol Głąbpl.wiki: Karol007commons: Karol007e-mail: kamikaze007 (at) tlen.pl [GFDL, CC-BY-SA-3.0 or CC BY-SA 2.5], via Wikimedia Commons）
最近，來自英國樸茨茅斯大學、美國國家再生能源實驗室（NREL）、美國蒙大拿州立大學、加州大學洛杉磯分校的英美工程團隊發現了細胞色素 P450 酶新家族，可以打破最棘手的天然聚合物。
細胞色素 P450（cytochrome P450）超家族（官方縮寫 CYP）是一大類多種多樣的酶，這些蛋白質於人體內被發現，科學家已研究數十年有餘，並各自歸類至家族 A～家族 M。大多數細胞色素 P450 酶的功能是催化、氧化有機化合物，也是非常重要的藥物（有毒化合物）代謝酶，約占各種代謝反應總數 75%。
而團隊找到了細胞色素 P450 的全新分子結構，在降解木質素並轉化方面起到關鍵作用，歸類至細胞色素 P450 的新家族 N。
一開始，美國國家再生能源實驗室分子生物學家 Christopher Johnson 發現一種細胞色素 P450，可以將愈創木酚（guaiacol）轉化成兒茶酚（catechol），為了使其表現更好，團隊需要回推酶的工作原理，在利用先進技術建立其分子結構後，從而發現新的 P450 家族。
《Green Car Congress》報導，愈創木酚是木質素最簡單的組成成份之一，在工業上用途廣泛，常見於生產各種香料如：丁香酚、香蘭素和人造麝香；兒茶酚則可以分解成粘康酸酯（muconate），後者為製造生物塑膠一種很重要的化學品。
研究人員進一步分析發現新型細胞色素 P450 酶不單只是愈創木酚轉化專家，還是能對各種物質去甲基（demethylation）的通才，其中微生物轉化木質素的關鍵反應就是去甲基作用。
該團隊成員之一英國樸茨茅斯大學分子生物學教授 John McGeehan，早些時候剛與喬治亞大學微生物學家 Ellen Neidle 合作開發出加速酶進化的方法，希望早日將木質素轉化為高價值永續產品商業化。
研究第一作者為英國樸茨茅斯大學結構生物學博士後研究員 Sam Mallinson，論文已發表在《自然通訊》（Nature Communications）期刊。
（首圖來源：pixabay）