La lignina, che costituisce dal 10% al 35% della biomassa lignocellulosica, è una risorsa aromatica rinnovabile molto abbondante sulla Terra. Come polimero aromatico primario nelle piante terrestri, viene sintetizzata da tre monomeri fenilpropanoidi, tra cui siringile (unità S), guaiacile (unità G) e idrossifenolo (unità H) attraverso i percorsi fenilalanina/tirosina.
Il valore funzionale della lignina è strettamente correlato alle sue proprietà aromatiche, ai vari legami e ai diversi gruppi della catena laterale.
La valorizzazione biologica costruttiva della lignina in prodotti naturali aromatici offre numerosi vantaggi.
In primo luogo, la biosintesi di prodotti naturali nelle fabbriche cellulari sia sostenibile dal punto di vista ambientale ed economicamente fattibile.
In secondo, la bioconversione degli aromatici derivati dalla lignina in flavonoidi si allinea con un concetto di atomo-economico, facilitato dalla diversità dei gruppi funzionali nella struttura ad anello dei flavonoidi e dall’aromaticità coerente tra flavonoidi e derivati della lignina.
In terzo luogo, vari funghi e batteri in natura possono depolimerizzare e convertire la lignina in composti aromatici.
Sfide e nuovi percorsi di bioconversione: lo studio
Nella bioconversione dei derivati della lignina in flavonoidi permangono, tuttavia, diverse sfide importanti. Un’efficiente bioconversione della lignina richiede condizioni di depolimerizzazione blande e metodi di estrazione fattibili per gli aromatici derivati dalla lignina.
Per di più, un’efficace bioconversione dei derivati della lignina non è stata ancora pienamente realizzata, principalmente per la mancanza di percorsi biosintetici stabiliti e per gli ostacoli nella costruzione di vie di bioconversione eterologhe.
Da ultimo, la funzionalizzazione efficiente degli aromatici derivati dalla lignina in flavonoidi rimane difficile, per la scarsa espressione funzionale degli enzimi chiave, per la carenza dei cofattori necessari e per l’assenza di strategie regolatorie efficaci.
Il presente lavoro, pubblicato su Green Carbon, esplora un nuovo percorso di valorizzazione biologica sostenibile facendo leva sulle proprietà aromatiche dei derivati della lignina per produrre flavonoidi.
I sistemi rappresentativi della biosintesi dei flavonoidi sono stati inizialmente elaborati in dettaglio dai derivati della lignina. Per promuovere la bioconversione della lignina e produrre flavonoidi con proprietà desiderabili, sono state riassunte le reazioni di funzionalizzazione coinvolte.
Ricorrendo a strategie ingegneristiche, come la biologia sintetica, l’apprendimento automatico, la regolazione metabolica, è stato possibile incrementare la produzione di flavonoidi nelle cellule microbiche.
Proprietà aromatiche da sfruttare
Nel complesso, i percorsi di funzionalizzazione della lignina per la biosintesi di flavonoidi promettono di rendere fattibile la valorizzazione della lignina e la produzione di flavonoidi, contribuendo in modo significativo alla bioeconomia sostenibile.
La bioconversione degli aromatici derivati dalla lignina in flavonoidi potrebbe, dunque, emergere come una strategia praticabile e competitiva, guidata da sostanziali progressi nei sistemi di funzionalizzazione della lignina di origine biologica e nella biosintesi innovativa dei flavonoidi.
Si-Yu Zhu, Na Li, Zhi-Hua Liu, Ying-Jin Yuan, Bing-Zhi Li, Harnessing Aromatic Properties for Sustainable Bio-valorization of Lignin Derivatives into Flavonoids, Green Carbon, 2025, ISSN 2950-1555, https://doi.org/10.1016/j.greenca.2024.11.005
