إنزيم تعديل اللجنين

إنزيمات تعديل اللجنين ( LMEs ) هي أنواع مختلفة من الإنزيمات التي تنتجها الفطريات والبكتيريا التي تحفز تحلل اللجنين، وهو بوليمر حيوي يوجد عادة في جدران خلايا النباتات . مصطلحا ليجنيناز وليجناز هما اسمان أقدم لنفس الفئة ، ولكن اسم " إنزيمات تعديل اللجنين" مفضل الآن، نظرًا لأن هذه الإنزيمات ليست تحللية بل مؤكسدة (سحب الإلكترون) من خلال آلياتها الأنزيمية. تشمل إنزيمات تعديل اللجنين بيروكسيديزات ، مثل بيروكسيديز اللجنين ( EC 1.11.1.14)، وبيروكسيديز المنغنيز ( EC 1.11.1.13)، وبيروكسيديز متعدد الاستخدامات ( EC 1.11.1.16)، والعديد من الفينول أكسيديزات من نوع لاكاز .

من المعروف أن LMEs يتم إنتاجها بواسطة العديد من أنواع فطريات العفن الأبيض البازيديومية ، بما في ذلك: Phanerochaete chrysosporium و Ceriporiopsis subvermispora و Trametes versicolor و Phlebia radiata و Pleurotus ostreatus و Pleurotus eryngii .

لا تنتج المركبات العضوية اللينة عن طريق فطريات التعفن الأبيض الخشبي فحسب، بل وأيضًا عن طريق فطريات البازيديوميستوس المتحللة للنفايات مثل Agaricus bisporus (فطر الأزرار الشائع)، والعديد من أنواع Coprinus و Agrocybe . الفطريات البنية العفنة، القادرة على استعمار الخشب عن طريق تحلل السليلوز ، قادرة فقط على تحلل اللجنين جزئيًا.

تنتج بعض البكتيريا أيضًا LMEs، على الرغم من أن LMEs الفطرية أكثر كفاءة في تحلل اللجنين. يُعتقد أن الفطريات هي المساهم الأكبر في تحلل اللجنين في الأنظمة الطبيعية. ^[1]

تعتبر النظم البيئية الحيوية الكبيرة والسليولازات ضرورية للدورات البيئية (على سبيل المثال، النمو/الموت/التحلل/إعادة النمو، ودورة الكربون ، وصحة التربة ) لأنها تسمح بتحلل أنسجة النبات بسرعة، وإطلاق المادة الموجودة فيها لإعادة استخدامها من قبل أجيال جديدة من الحياة . كما تعتبر النظم البيئية الحيوية الكبيرة ضرورية لعدد من الصناعات المختلفة.

لقد تم استخدام إنزيمات تعديل اللجنين بشكل نشط في صناعة الورق واللب خلال العقد الماضي. وقد تم استخدامها في الصناعة بعد فترة وجيزة من اكتشاف أنها تتمتع بخصائص إزالة السموم وإزالة اللون؛ وهي الخصائص التي تنفق صناعة اللب أكثر من 100 مليون دولار أمريكي سنويًا لتحقيقها. ^[2] وعلى الرغم من تطبيق هذه الإنزيمات في الصناعة خلال السنوات العشر الماضية، إلا أنه لم يتم تحديد عمليات التخمير المثلى والقوية . هناك مجال للبحث النشط حيث يعتقد العلماء أن الافتقار إلى الظروف المثالية لهذه الإنزيمات يحد من الاستغلال الصناعي. ^[3]

تستفيد الصناعة من إنزيمات تعديل اللجنين لأنها قادرة على تحلل اللجنين ؛ وهو أحد نفايات صناعة الورق واللب. وقد استُخدمت هذه الإنزيمات في تنقية شجر الحور، حيث يعمل اللجنين على تثبيط التحلل الأنزيمي لشجر الحور المعالج، ويمكن للإنزيمات المعدلة للجنين أن تحلل اللجنين بكفاءة وبالتالي حل هذه المشكلة. ^[4]

استخدام آخر لإنزيمات تعديل اللجنين هو تحسين استخدام الكتلة الحيوية للنباتات. ^[5] تاريخيًا، لم يكن من الممكن استخراج سوى جزء صغير من استخدام الكتلة الحيوية للنباتات من مصادر اللب، مما يترك غالبية النباتات كمنتجات نفايات. بسبب اللجنين، تكون نفايات النبات خاملة نسبيًا تجاه التحلل وتتسبب في تراكم كبير لمنتجات النفايات. يمكن لـ LMEs تحليلها بشكل فعال إلى مركبات عطرية أخرى .

تم استخدام الإنزيمات الحيوية المتحللة في البداية لتبييض النفايات السائلة . والآن هناك العديد من العمليات الحاصلة على براءات اختراع والتي تستخدم هذه الإنزيمات لتبييض اللب، والعديد منها لا يزال قيد التطوير. ^[6]

تهتم صناعة البيئة باستخدام الكائنات الحية الدقيقة الإحيائية لتحلل المركبات الغريبة. وهناك أبحاث نشطة حول إزالة السموم من مبيدات الأعشاب باستخدام الكائنات الحية الدقيقة الإحيائية. وقد ثبت أن Trametes versicolor قادر على تحلل الجليفوسات بشكل فعال في المختبر. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

على الرغم من إجراء الكثير من الأبحاث لفهم LMEs الفطرية، إلا أنه لم يتم التركيز إلا مؤخرًا على توصيف هذه الإنزيمات في البكتيريا. LMEs الرئيسية في كل من الفطريات والبكتيريا هي البيروكسيديز واللاكياز. ^[1]

على الرغم من أن البكتيريا تفتقر إلى نظائر البيروكسيديزات الفطرية الأكثر شيوعًا (بيروكسيديز الليجنين، وبيروكسيديز المنغنيز، وبيروكسيديز متعدد الاستخدامات)، فإن العديد منها تنتج بيروكسيديزات إزالة اللون الصبغي (بيروكسيديزات من نوع DyP). ^[1] تعبر البكتيريا من مجموعة متنوعة من الفئات عن بيروكسيديزات DyP، بما في ذلك Gammaproteobacteria و Bacillota و Actinomycetota . ^[7] تقوم البيروكسيديزات بإزالة بوليمرات اللجنين عن طريق الأكسدة باستخدام بيروكسيد الهيدروجين . تتمتع البيروكسيديزات الفطرية بقوة أكسدة أعلى من بيروكسيديزات البكتيريا من نوع DyP التي تمت دراستها حتى الآن، وهي قادرة على تحلل هياكل اللجنين الأكثر تعقيدًا. وجد أن بيروكسيديزات من نوع DyP تعمل على مجموعة كبيرة من الركائز ، بما في ذلك الأصباغ الاصطناعية والمركبات أحادية الفينول والمركبات المشتقة من اللجنين والكحوليات . [ ^1]

اللاكيازات، وهي أوكسيديزات متعددة النحاس، هي فئة أخرى من الإنزيمات الموجودة في كل من البكتيريا والفطريات والتي لها خصائص كبيرة في تحلل اللجنين. تقوم اللاكيازات بتحلل اللجنين عن طريق الأكسدة باستخدام الأكسجين. كما تنتشر اللاكيازات على نطاق واسع بين الأنواع البكتيرية، بما في ذلك Bacillus subtilis و Caulobacter crescentus و Escherichia coli و Mycobacterium tuberculosum . مثل بيروكسيديزات DyP، فإن اللاكيازات البكتيرية لها نطاق ركيزة واسع. ^{[1] [8]}

هناك اهتمام باستخدام اللاكيازات البكتيرية وبيروكسيديزات DyP في تطبيقات الصناعة والتكنولوجيا الحيوية والتطهير البيولوجي بسبب سهولة التلاعب بالجينومات البكتيرية والتعبير الجيني مقارنة بالفطريات. كما أن النطاق الواسع من الركائز لهذه الأنواع من الإنزيمات يزيد أيضًا من نطاق العمليات التي يمكن استخدامها فيها. تشمل هذه العمليات معالجة اللب وتعديل صبغة النسيج وإزالة التلوث من مياه الصرف الصحي وإنتاج اللبنات الأساسية للأدوية. ^{[1] [7]} علاوة على ذلك، تعمل اللاكيازات البكتيرية في درجات حرارة أعلى وقلوية وتركيزات ملح أعلى من اللاكيازات الفطرية، مما يجعلها أكثر ملاءمة للاستخدام الصناعي. ^{[1] [8]}

تم التعرف على بيروكسيديزات ولاكيازات DyP من النوع داخل الخلايا وخارجها ، مما يشير إلى أن بعضها يستخدم كإنزيمات داخل الخلايا بينما يتم إفراز البعض الآخر لتحلل المركبات في البيئة. ومع ذلك، فإن أدوارها في فسيولوجيا البكتيريا وركائزها الفسيولوجية الطبيعية لم يتم تفصيلها بعد. ^[1]

• الكيتيناز