Superpočítače usnadňují výrobu biopaliv z rostlinné biomasy

Když se zeptáte vědce v oboru biopaliv na jeho nejhorší noční můru, na největší překážku smysluplné výroby etanolu z rostlinné biomasy, tak mezi zuby procedí jediné slovo: „lignin“.

Celulózní etanol, tedy biopalivo vyrobené odpadní rostlinné biomasy, má potenciál stát se dostupným a obnovitelným palivem pro dopravní prostředky, které by mohlo konkurovat benzínu. Této ambiciózní vizi stojí v cestě právě lignin, všudypřítomná molekula z buněčné stěny rostlinných buněk.

Lignin je odolný polymer, který má v buněčné stěně významnou funkci. Zpevňuje celou rostlinu a vyztužuje celulózní vlákna, která jsou surovinou pro výrobu celulózního etanolu. Lignin chrání rostliny před poškozením, před patogeny a také před herbivory. Potíž je v tom, že lignin zůstává odolným, i když chceme zpracovat rostlinnou biomasu na biopalivo. Lignin je tak skvěle vymyšlený evolucí, že srdnatě vzdoruje všem možným způsobům zpracování. Dokonce potlačuje aktivitu enzymů, které se snaží rozložit celulózu na námi požadované jednoduché cukry, z nichž pak lze vyrobit vytoužený celulózní etanol.

Vědci laboratoří Oak Ridge National Laboratory (ORNL) amerického ministerstva energetiky chtějí pochopit, proč je vlastně lignin tak nezdolný. Za tím účelem vytvořili velkolepou biomolekulární simulaci, jednu z největších v historii. Zahrnuje 23,7 milionu simulovaných atomů, představujících předpřipravenou rostlinnou biomasu, tedy celulózu a lignin, v přítomnosti enzymů. Jejich simulace byla tak rozsáhlá, že badatelé museli využít služeb superpočítače Titan, vlajkového výpočetního systému centra Oak Ridge Leadership Computing Facility (OLCF). Superpočítač Titan jim pak pomohl sledovat a analyzovat interakce milionů atomů.

Šéf výzkumu Jeremy Smith, ředitel UT-ORNL Center for Molecular Biophysics a jeho kolegové nakonec zjistili, proč je lignin tak problematický. Nejenom že se váže na celulózu právě v těch místech, kde ji štípají enzymy, ale také k sobě přitahuje a blokuje příslušné domény samotných enzymů.

Autor: RNDr. Stanislav Mihulka, Ph.D.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Více informací najdete zde: