Prostsza, bardziej ekologiczna i tańsza synteza chemiczna
Tradycyjnie w przemysłowej produkcji chemicznej stosuje się silne, często toksyczne i drogie odczynniki i rozpuszczalniki w wieloetapowych procesach. Biała biotechnologia, wykorzystująca silne naturalne biokatalizatory, takie jak enzymy lub całokomórkowe mikroorganizmy, może pozwolić na przeprowadzenie wielu etapów reakcji w jednym kroku (reakcje kaskadowe), bez potrzeby izolowania produktów pośrednich. Finansowany przez UE projekt szkoleniowy BIOCASCADE (Biocatalytic cascades to access valuable building blocks) poświęcony był białej biotechnologii w kontekście przygotowywania związków przeznaczonych do zastosowania w syntezie naturalnych produktów i jako elementy do budowy zaawansowanych materiałów. Pomyślna realizacja projektu była możliwa dzięki szeroko zakrojonym multidyscyplinarnym szkoleniom. Zespół opracował opartą na biokatalizatorach kaskadę jednoczesnego utleniania-redukcji, aby przekształcać naturalne α-aminokwasy w cenne kwasy α-hydroksylowe, ważne w produktach komercyjnych, takich jak środki peelingujące do pielęgnacji skóry. Jednoczesna ekspresja wymaganych biokatalizatorów w tym samym plazmidzie pozwoliła na usprawnienie metodologii pod kątem zastosowań przemysłowych. Ta cześć prac została opisana w dwóch publikacjach na łamach czasopism naukowych. W innej reakcji jednoetapowej przeprowadzono szczególnie trudny rodzaj reakcji, dla którego brak jest chemicznej i jednoetapowej metody transformacji enzymatycznej: para-winylowanie fenoli. Zespół z powodzeniem połączył enzymy tworzące wiązania węgiel-węgiel (C-C) z enzymami przerywającymi wiązania węgiel-azot. Uzyskana w ten sposób specyficzna i selektywna funkcjonalizacja fenoli umożliwia tworzenie bardzo cennych chemicznych elementów budulcowych. Z uwagi na przełomowe znaczenie tych badań, złożono wniosek patentowy, a artykuł opisujący odkrycie został przyjęty do publikacji przez jedno z prestiżowych czasopism naukowych. Ostatecznie otrzymano czteroetapową kaskadę łączącą enzymy tworzące wiązania C-C oraz oksoreduktazy, służącą do wytwarzania arylowych kwasów mlekowych. Te naturalne substancje są szczególnie ważne dla przemysłu farmaceutycznego i kosmetycznego. Naukowcy przygotowują aktualnie artykuł opisujący wyniki tych prac. Projekt BIOCASCADE doprowadził do stworzenia metod jednoetapowej syntezy naturalnych produktów w oparciu o białą biotechnologię. Prace te będą miały istotne znaczenie dla konkurencyjności i zrównoważoności unijnego przemysłu chemicznego, przyczyniając się jednocześnie do stworzenia bardziej przyjaznych dla środowiska produktów dla konsumentów.
Słowa kluczowe
Synteza chemiczna, elementy budulcowe, naturalne enzymy, biała biotechnologia, kaskady biokatalityczne
