Peneliti berhasil melakukan rekayasa enzim untuk mengubah limbah tanaman menjadi produk yang berkelanjutan atau ramah lingkungan. Penelitian menjelaskan bahwa rekayasa ini merupakan salah satu langkah penting dalam konversi limbah.
Penelitian ini menghasilkan temuan konversi limbah tanaman menjadi produk yang bernilai tinggi dan berkelanjutan seperti nilon, plastik, dan bahan kimia lainnya.
Penemuan ini dipimpin oleh anggota tim rekayasa enzim Inggris-AS yang sama, dimana tahun lalu mereka merekayasa dan meningkatkan enzim pencerna plastik. Temuan ini merupakan sebuah terobosan potensial untuk daur ulang limbah plastik.
Studi yang diterbitkan dalam jurnal Proceeding of National Academy of Sciences ini, dipimpin oleh Profesor Jen Dubois di Montana State University, Dr Gregg Beckham di Laboratorium Energi Terbarukan Departemen Energi AS, Profesor Ken Houk di Universitas California, Los Angeles dan juga tim dari Profesor John McGeehan di University of Portsmouth.
Enzim yang baru direkayasa ini aktif pada lignin, salah satu komponen utama tanaman, yang telah dicoba selama beberapa dekade oleh para ilmuwan untuk menemukan cara pencacah yang efisien.
Profesor McGeehan, Direktur Pusat Inovasi Enzim di School of Biological Sciences di Portsmouth, mengatakan temuan ini merupakan tujuan utama mereka dimana mereka mampu menemukan enzim dari alam, kemudian membawa enzim ini ke laboratorium.
Enzim ini dipelajari cara kerjanya. Hingga akhirnya kemudian merekayasa enzim tersebut untuk menghasilkan alat baru untuk industri bioteknologi. "Dalam hal ini, kami telah mengambil enzim alami dan merekayasa untuk melakukan reaksi kunci dalam pemecahan salah satu polimer tumbuhan alami terberat," kata McGeehan.
"Untuk melindungi selulosa yang mengandung gula, tanaman telah mengembangkan bahan rumit yang disebut lignin yang hanya bisa ditangani oleh sedikit jamur dan bakteri. Namun, lignin merupakan sumber bahan kimia berkelanjutan yang sangat potensial, jadi jika kita dapat menemukan cara untuk ekstrak dan gunakan blok bangunan itu, kita bisa menciptakan hal-hal hebat," tambah McGreehan.
Lignin bertindak sebagai perancah pada tanaman dan merupakan pusat pengiriman air. Ini memberikan kekuatan dan pertahanan terhadap patogen.
"Ini adalah bahan yang luar biasa," kata Profesor McGeehan. Selulosa dan lignin adalah salah satu biopolimer paling banyak di dunia. Keberhasilan tanaman sebagian besar disebabkan oleh campuran pintar dari polimer-polimer ini untuk membuat lignoselulosa, bahan yang sulit untuk dicerna," kata McGeehan.
Enzim saat ini cenderung bekerja hanya pada salah satu blok bangunan lignin, membuat proses pemecahan/perancahan menjadi tidak efisien. Menggunakan teknik struktural dan biokimia 3D canggih tim telah mampu mengubah bentuk enzim untuk mengakomodasi beberapa blok bangunan.
Hasilnya memberikan rute untuk membuat bahan dan bahan kimia baru seperti nilon, bioplastik, dan bahkan serat karbon, dari apa yang sebelumnya merupakan produk limbah.
Penemuan ini juga menawarkan manfaat tambahan bagi lingkungan yakni menciptakan produk dari lignin. Temuan juga mengurangi ketergantungan kita pada minyak untuk membuat produk sehari-hari dan menawarkan alternatif yang menarik untuk membakarnya sehingga membantu mengurangi emisi CO2.
Tim peneliti terdiri dari tim ahli internasional di bidang biologi struktural, biokimia, kimia kuantum, dan biologi sintetis di Universitas Portsmouth, Negara Bagian Montana, Georgia, Kentucky dan California, dan dua laboratorium nasional AS, NREL dan Oak Ridge.
Dan Hinchen, seorang mahasiswa pascasarjana di University of Portsmouth mengatakan: "Kami menggunakan kristalografi sinar-X di synchrotron Sumber Cahaya Berlian untuk memecahkan sepuluh struktur enzim dalam kompleks dengan blok bangunan lignin. Ini memberi kami cetak biru untuk merekayasa enzim untuk bekerja pada molekul baru. Kolega kami kemudian dapat mentransfer kode DNA untuk enzim baru ini ke dalam strain industri bakteri, memperluas kemampuannya untuk melakukan berbagai reaksi," kata Hinchen.
"Kami sekarang memiliki pembuktian prinsip bahwa kami dapat berhasil merekayasa kelas enzim ini untuk mengatasi beberapa molekul berbasis lignin yang paling menantang dan kami akan terus mengembangkan alat biologis yang dapat mengubah limbah menjadi bahan yang berharga dan berkelanjutan," kata McGeehan.
Penelitian ini secara bersama-sama didanai oleh Dewan Penelitian Bioteknologi dan Ilmu Pengetahuan Biologi, National Science Foundation (NSF), dan DOE EERE Bioenergy Technologies Office dan sejumlah lembaga lainnya. nik/berbagai sumber/E-6
