Stundande klimatförändringar och utarmning av jordens resurser kräver att vi ställer om till en cirkulär och biobaserad ekonomi. I denna förändring är det viktigt att ersätta fossila råvaror med förnyelsebar biomassa och dessutom använda biomassan mer resurs- och energieffektivt. I Sverige, som till två tredjedelar täcks av skog, är träråvara en betydelsefull resurs och behovet av att utveckla det industriella användandet av skogens biomassa är avgörande för ekonomisk tillväxt i en svensk bioekonomi.
Trä består huvudsakligen av de polymera kolhydraterna cellulosa och hemicellulosa samt den aromatiska strukturen lignin. Om kolhydraterna bryts ner fullständigt utvinns enkla sockerarter, som kan användas för produktion av etanol och bränsle, men komponenterna i trä har även stor potential att användas till produkter med högre förädlingsgrad. Detta kan uppnås genom att utvinna träpolymererna i mer intakt form. Den täta trästrukturen och den kemiska komplexiteten försvårar dock industriell tillämpning och vi behöver utveckla effektiva separationstekniker utan oönskade sidoreaktioner. I dessa processer kan specifika enzymer, kapabla att bryta ner och modifiera träpolymerer med fördel användas.
I min avhandling beskriver jag enzymer som agerar på kemiska bindningar i, och emellan, de polymera kedjemolekylerna i trä och hur de på ett kontrollerat vis bryter ner eller separerar dessa komponenter. Jag diskuterar hur förbehandlingar, som öppnar upp träets kompakta ultrastruktur, förbättrar tillgängligheten för, och därmed effektiviteten av enzymer. Inte bara ultrastrukturen, utan även träpolymerernas kemiska sammansättning påverkar enzymers aktivitet. Jag undersökte hur enzymers förmåga att agera på galaktoglukomannan, en viktig hemicellulosa i gran, påverkades av huvudkedjans kemiska uppbyggnad, närvaron av sidogrupper och acetylering.
Tyngdpunkten i mitt arbete var att studera glukuronsyraesteraser (GEs), enzymer som klyver kovalenta esterbindningar mellan lignin och kolhydratkomponenter. Jag visade för första gången att GEs kan bryta esterbindningar i trä, vilket demonstrerar enzymernas industriella potential för att underlätta extraktion av träpolymerer. Jag undersökte även GEs från ett stort antal olika bakterier utifrån deras tredimensionella struktur, aktivitet och specificitet för olika estersubstrat. Min forskning bidrar till nya kunskaper om en relativt okänd klass av enzymer, samt presenterar avancerade och alternativa mätmetoder för detektion av GE-aktivitet på komplexa substrat extraherade från trä. Sammantaget utgör denna forskningsinsats den mest omfattande GE-studien som hittills har rapporterats.