Enzym: Naturens egna saxar

Svensk skog kan användas för att framställa bränslen eller miljövänliga material. Men träets struktur är tät och svår att bryta ner. Jenny Arnling Bååth forskar på enzym som kan göra trä mer tillgängligt för produktion av nya material.
​Av skogsråvara kan man tillverka bioetanol, kemikalier, textilier eller material som kan ersätta kompositer och plaster. Vår svenska skog är alltså en guldgruva för produktion av hållbara alternativ.

Men det finns några svårigheter. En är att trä är mycket svårt att bryta ner.

Trä består av tre beståndsdelar: cellulosa, lignin och hemicellulosa. Cellulosan är själva kärnan, medan lignin och hemicellulosa bildar ett nät som skyddar träet i dess naturliga miljö.

Om massan bryts ner fullständigt utvinns enkla sockerarter, som kan användas för produktion av etanol. Men de olika beståndsdelarna – polymererna – i träet kan också användas till olika saker. Det finns därför mycket att vinna genom att plocka isär olika bindningar; kanske vill man bara utvinna ligninet, eller bara hemicellulosan, istället för att bryta ner allt till en enda blandning av materialets enklaste byggstenar.

Jenny Arnling Bååth, doktorand på institutionen för biologi och bioteknik, arbetar med enzymer, naturens egna små saxar. Enzymer klipper upp bindningar och hjälper till att bryta ner såväl trä som mat i våra magar. Nyligen kunde Jenny Arnling Bååth visa att ett särskilt enzym, glukuronyl esteras, kan klyva en specifik bindning i det så kallade lignin-kolhydratkomplexet. Hennes forskning kan därmed bana väg för effektiv och intakt utvinning av träpolymerer i industriella processer.
– Vi visste att enzymet bryter bindningar i modellsubstrat, det vill säga i kemikalier eller molekyler som är mycket förenklade. Nu har vi malt ner vanligt trä till pulver, bearbetat det och fått ut lignin och hemicellulosa i rena fraktioner, förklarar hon.
– Vårt arbete är därmed det första som visar att enzymet kan bryta bindningar i naturligt substrat från trä. Vi har försökt länge. Det krävs både tur och tid för att lyckas.

Att använda enzymer i industriell produktion är även bra ur en miljöaspekt. Utan naturliga ”saxar” måste träet behandlas i höga temperaturer eller med potentiellt farliga kemikalier. Enzymerna utför dessutom bara en enda sak, vilket innebär att reaktionen är och förblir kontrollerad.
- Vi vet inte ännu hur stor roll enzymerna kommer att spela i industrin. Nu vill vi fokusera på att få större kunskap om dem. Vad de tål när det gäller pH och temperatur till exempel, och även karaktärisera dem – vad de gör, hur snabbt och vilka likheter de har i struktur och funktion.

Jenny Arnling Bååths fynd är ett resultat av samarbeten inom Wallenberg Wood Science Center (se länk längre ner) och innebär att hon bland annat kunnat göra analyser på Kungliga Tekniska Högskolan. Hon lovordar de möjligheter centrumet innebär:
- Vi har ett tätt samarbete mellan forskare från olika discipliner. Vi biokemister tittar på enzymer medan andra grupper har andra ingångar. En träkemist och en biokemist är till exempel inte samma sak. Det är kul att vi nu fortsätter att jobba tillsammans, säger hon.

Läs mer om Wallenberg Wood Science Center.

Text: Mia Malmstedt
Foto: Martina Butorac

Publicerad: fr 28 sep 2018.