เอนไซม์ปรับเปลี่ยนลิกนิน ( LMEs ) คือ เอนไซม์หลายชนิดที่ผลิตโดยเชื้อราและแบคทีเรียซึ่งทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาการสลายลิกนินซึ่ง เป็นพอ ลิเมอร์ชีวภาพที่พบได้ทั่วไปในผนังเซลล์ของพืชคำว่าลิกนิเนสและลิกเนสเป็นชื่อเก่าที่ใช้เรียกเอนไซม์กลุ่มเดียวกัน แต่ปัจจุบันนิยมใช้ชื่อ "เอนไซม์ปรับเปลี่ยนลิกนิน" มากกว่า เนื่องจากเอนไซม์เหล่านี้ไม่ใช่เอนไซม์ไฮโดรไลติกแต่เป็น เอนไซม์ออกซิเดทีฟ (ดึงอิเล็กตรอน) โดยกลไกทางเอนไซม์ของมัน LMEs ประกอบด้วยเพอร์ ออกซิเดส เช่นลิกนินเพอร์ออก ซิเดส ( EC 1.11.1.14 ), แมงกานีสเพอร์ออกซิ เดส ( EC 1.11.1.13 ) , เวอร์ซาไทล์เพอร์ออกซิเดส ( EC 1.11.1.16 ) และ ฟีนอลออกซิเดสหลายชนิดในกลุ่ม แลคเคส

เป็นที่ทราบกันดีว่า LMEs เกิดจาก เชื้อรากลุ่ม เบสิดิโอไมซีตที่ทำให้ เกิดการเน่าขาวหลายชนิด ได้แก่Phanerochaete chrysosporium , Ceriporiopsis subvermispora , Trametes versicolor , Phlebia radiata , Pleurotus ostreatusและPleurotus eryngii

LME ไม่ได้เกิดจากเชื้อราที่ทำให้ไม้เน่าเปื่อยสีขาวเท่านั้น แต่ยังเกิดจากเชื้อรากลุ่ม Basidiomycetes ที่ย่อยสลายเศษซากพืช เช่นAgaricus bisporus (เห็ดกระดุมทั่วไป) และ เชื้อราใน กลุ่ม CoprinusและAgrocybe หลาย ชนิด ส่วนเชื้อราที่ทำให้ไม้เน่าเปื่อยสีน้ำตาล ซึ่งสามารถเจริญเติบโตบนไม้โดยการย่อยสลายเซลลูโลส ได้ นั้น สามารถย่อยสลายลิกนินได้เพียงบางส่วนเท่านั้น

แบคทีเรียบางชนิดก็ผลิต LME เช่นกัน แม้ว่า LME ของเชื้อราจะมีประสิทธิภาพในการย่อยสลายลิกนินมากกว่าก็ตาม เชื่อกันว่าเชื้อรามีส่วนสำคัญที่สุดในการย่อยสลายลิกนินในระบบธรรมชาติ^{[ 1 ]}

เอนไซม์ย่อยสลาย อินทรีย์ (LMEs) และเซลลูเลสมีความสำคัญต่อ วัฏจักร ทางนิเวศวิทยา (เช่น การเจริญเติบโต/การตาย/การเน่าเปื่อย/การเจริญเติบโต ใหม่ วัฏจักรคาร์บอนและสุขภาพของดิน ) เนื่องจากช่วยให้เนื้อเยื่อพืชย่อยสลายได้อย่างรวดเร็ว ปลดปล่อยสารภายในออกมาเพื่อให้สิ่งมีชีวิต รุ่นใหม่นำกลับมาใช้ใหม่ ได้ นอกจากนี้ LMEs ยังมีความสำคัญต่ออุตสาหกรรมต่างๆ อีกมากมาย

เอนไซม์ที่ปรับเปลี่ยนลิกนินถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมกระดาษและเยื่อกระดาษอย่างแพร่หลายในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา เอนไซม์เหล่านี้ถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมไม่นานหลังจากที่ค้นพบว่ามีคุณสมบัติในการล้างพิษและลดสี ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่อุตสาหกรรมเยื่อกระดาษใช้เงินกว่า 100 ล้านดอลลาร์สหรัฐต่อปีในการพัฒนา^{[ 2 ]}แม้ว่าเอนไซม์เหล่านี้จะถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมในช่วงสิบปีที่ผ่านมา แต่กระบวนการหมัก ที่เหมาะสมและมีประสิทธิภาพ ยังไม่ได้รับการกำหนดขึ้น นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าการขาดเงื่อนไขที่เหมาะสมสำหรับเอนไซม์เหล่านี้เป็นข้อจำกัดในการนำไปใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรม^{[ 3 ]}

เอนไซม์ที่ปรับเปลี่ยนลิกนินมีประโยชน์ต่ออุตสาหกรรม เนื่องจากสามารถย่อยสลายลิกนินซึ่งเป็นของเสียทั่วไปของอุตสาหกรรมกระดาษและเยื่อกระดาษ เอนไซม์เหล่านี้ถูกนำมาใช้ในการปรับปรุงไม้ป็อปลาร์ เนื่องจากลิกนินยับยั้งการไฮโดรไลซิสของเอนไซม์ในไม้ป็อปลาร์ที่ผ่านการบำบัด และเอนไซม์ที่ปรับเปลี่ยนลิกนินสามารถย่อยสลายลิกนินได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงช่วยแก้ไขปัญหานี้ได้^{[ 4 ]}

การใช้เอนไซม์ดัดแปลงลิกนินอีกประการหนึ่งคือการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ชีวมวลพืช^{[ 5 ]}ในอดีต มีเพียงส่วนน้อยของชีวมวลพืชเท่านั้นที่สามารถสกัดได้จากแหล่งเยื่อกระดาษ ทำให้พืชส่วนใหญ่กลายเป็นของเสีย เนื่องจากลิกนิน ของเสียจากพืชจึงค่อนข้างเฉื่อยต่อการย่อยสลายและทำให้เกิดการสะสมของของเสียจำนวนมาก LMEs สามารถย่อยสลายลิกนินให้กลายเป็นสารประกอบอะโรมาติก อื่นๆ ได้ อย่างมีประสิทธิภาพ

เดิมที LMEs ถูกนำมาใช้เพื่อฟอกน้ำเสียปัจจุบันมีกระบวนการที่ได้รับสิทธิบัตรหลายกระบวนการที่ใช้เอนไซม์เหล่านี้ในการฟอกเยื่อกระดาษ ซึ่งหลายกระบวนการยังอยู่ระหว่างการพัฒนา^{[ 6 ]}

อุตสาหกรรมด้านสิ่งแวดล้อมให้ความสนใจในการใช้จุลินทรีย์ย่อยสลายทางชีวภาพ (LMEs) เพื่อย่อยสลายสารประกอบแปลกปลอม มีการวิจัยอย่างจริงจังเกี่ยวกับการล้างพิษสารกำจัดวัชพืชโดยใช้ LMEs โดยพบว่า Trametes versicolor สามารถย่อยสลาย Glyphosate ได้อย่างมีประสิทธิภาพในหลอดทดลอง

แม้ว่าจะมีการวิจัยมากมายเพื่อทำความเข้าใจ LME ของเชื้อรา แต่เพิ่งไม่นานมานี้ที่เริ่มมีการให้ความสำคัญกับการจำแนกลักษณะของเอนไซม์เหล่านี้ในแบคทีเรียมากขึ้น LME หลักในทั้งเชื้อราและแบคทีเรียคือเพอร์ออกซิเดสและแลคเคส^{[ 1 ]}

แม้ว่าแบคทีเรียจะไม่มีโฮโมล็อกของเพอร์ออกซิเดสของเชื้อราที่พบได้ทั่วไป (ลิกนินเพอร์ออกซิเดส แมงกานีสเพอร์ออกซิเดส และเวอร์ซาไทล์เพอร์ออกซิเดส) แต่แบคทีเรียจำนวนมากก็ผลิตเพอร์ออกซิเดสที่ทำให้สีของสีย้อมจางลง (เพอร์ออกซิเดสชนิด DyP) ^{[ 1 ]}แบคทีเรียจากหลายคลาสแสดงออกถึงเพอร์ออกซิเดสชนิด DyP รวมถึงGammaproteobacteria , BacillotaและActinomycetota ^{[ 7 ]}เพอร์ออกซิเดสจะสลายลิกนินโดยการออกซิเดชันโดยใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ เพอร์ออกซิเดสของเชื้อรามีพลังในการออกซิไดซ์สูงกว่าเพอร์ออกซิเดสชนิด DyP ของแบคทีเรียที่ศึกษามาแล้ว และสามารถย่อยสลายโครงสร้างลิกนินที่ซับซ้อนกว่าได้ เพอร์ออกซิเดสชนิด DyP พบว่าสามารถทำงานกับสารตั้งต้น ได้หลากหลายชนิด รวมถึงสีย้อมสังเคราะห์ สารประกอบโมโนฟี นอล สารประกอบที่ได้จากลิกนิน และแอลกอฮอล์^{[ 1 ]}

แลคเคส ซึ่งเป็นมัลติคอปเปอร์ออกซิเดส เป็นเอนไซม์อีกประเภทหนึ่งที่พบได้ทั้งในแบคทีเรียและเชื้อรา ซึ่งมีคุณสมบัติในการย่อยสลายลิกนินอย่างมีนัยสำคัญ แลคเคสย่อยสลายลิกนินโดยการออกซิเดชันโดยใช้ออกซิเจน แลคเคสยังพบได้ทั่วไปในแบคทีเรียหลายชนิด รวมถึงBacillus subtilis , Caulobacter crescentus , Escherichia coliและMycobacterium tuberculosumเช่นเดียวกับเพอร์ออกซิเดสชนิด DyP แลคเคสของแบคทีเรียมีช่วงของสารตั้งต้นที่กว้าง^{[ 1 ] [ 8 ]}

มีความสนใจในการใช้แลคเคสของแบคทีเรียและเพอร์ออกซิเดส DyP สำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมเทคโนโลยีชีวภาพและการบำบัดทางชีวภาพเนื่องจากการจัดการจีโนมของแบคทีเรียและการแสดงออกของยีนทำได้ง่ายกว่าเมื่อเทียบกับเชื้อรา นอกจากนี้ สารตั้งต้นที่หลากหลายสำหรับเอนไซม์ประเภทนี้ยังช่วยเพิ่มขอบเขตของกระบวนการที่สามารถนำไปใช้ได้ กระบวนการเหล่านี้รวมถึงการแปรรูปเยื่อกระดาษ การดัดแปลงสีย้อมสิ่งทอ การกำจัดสิ่งปนเปื้อนในน้ำเสีย และการผลิตสารตั้งต้นทางเภสัชกรรม^{[ 1 ] [ 7 ]}ยิ่งไปกว่านั้น แลคเคสของแบคทีเรียยังทำงานได้ที่อุณหภูมิ ความเป็นด่าง และความเข้มข้นของเกลือที่สูงกว่าแลคเคสของเชื้อรา ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมมากกว่า^{[ 1 ] [ 8 ]}

มีการระบุเพอร์ออกซิเดสและแลคเคสชนิด DyP ทั้งภายในและภายนอก เซลล์ของแบคทีเรีย ซึ่งบ่งชี้ว่าบางชนิดถูกใช้เป็นเอนไซม์ภายในเซลล์ ในขณะที่บางชนิดถูกหลั่งออกมาเพื่อย่อยสลายสารประกอบในสิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตาม บทบาทของเอนไซม์เหล่านี้ในสรีรวิทยาของแบคทีเรียและสารตั้งต้นทางสรีรวิทยาตามธรรมชาติของพวกมันยังไม่ได้รับการอธิบายอย่างละเอียด ^{[ 1 ]}

• ไคติเนส