Structural and functional characterization of NcLPMO9C : a broad-specificity lytic polysaccharide monooxygenase

Abstract

Lignocellulose represents a major source of renewable organic matter and is of interest as feedstock for the biorefining industry, not only as a promising strategy for replacing fossil fuels in the transportation sector but also for production of higher value chemicals and animal feed. However, the complex and recalcitrant nature of lignocellulosic biomass puts major challenges to biorefining of this feedstock. Enzymatic saccharification of the polysaccharides in the feedstock, especially cellulose, is considered a crucial and challenging step in biorefining and this step is one of the limiting factors in the transition towards a sustainable bioeconomy. To overcome the recalictrant nature of lignocellulosic biomass, microorganisms have developed intricate enzyme systems, including lytic polysaccharide monooxygenases (LPMOs). LPMOs are copper-dependent enzymes that, in the presence of an electron donor, cleave the glycoside bonds of various polysaccharides using an oxidative mechanism. When working in synergy with cellulases, which are hydrolytic enzymes, LPMOs boost the enzymatic degradation of cellulose. Since their discovery in 2010, the novel catalytic abilities of LPMOs and their great potential in biomass degradation have attracted researchers in academia as well as industry. However, despite considerable research efforts, our knowledge of the action of LPMOs is still limited.

Lignocellulose representerer en viktig kilde til fornybart organisk materiale og er av interesse som råmateriale for bioraffineringsindustrien, ikke bare som en lovende strategi for erstatning av fossile brensler i transportsektoren, men også for produksjon av kjemikalier og dyrefôr. Den komplekse og gjenstridige sammensetningen av lignocellulose gir store utfordringer i bioraffineringen av dette råmaterialet. Enzymatisk omdanning av polysakkaridene i lignocellulosen, spesielt cellulose, regnes som et avgjørende og utfordrende trinn i bioraffineringsprosessen. Dette trinnet representerer også en av hovedbegrensningene i overgangen til en bærekraftig bioøkonomi. For å overvinne den tungt nedbrytbare lignocellulosen har mikroorganismer utviklet intrikate enzymsystemer, som blant annet inneholder lytiske polysakkarid monooksygenaser (LPMOer). LPMOer er kobberavhengige enzymer som, i nærvær av en elektrondonor, bryter glykosidbindingene i forskjellige polysakkarider ved bruk av en oksidativ mekanisme. I synergi med cellulaser, som er hydrolytiske enzymer, øker LPMOer hastigheten til den enzymatiske nedbrytningen av cellulose. Siden oppdagelsen av LPMOer i 2010 har den katalytiske funksjonen til disse enzymene, samt deres potensiale innen nedbryting av biomasse, tiltrukket forskere fra både akademia og industri. Til tross for betydelig forskningsinnsats er kunnskapen om LPMOenes funksjon fortsatt begrenset.