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Metagenomica per la scoperta di enzimi biocatalitici

La biocatalisi impiega catalizzatori naturali, come per esempio gli enzimi, i quali servono per eseguire trasformazioni chimiche su composti organici. Un progetto europeo ha mirato all’ottenimento e alla caratterizzazione di nuovi biocatalizzatori partendo da batteri termofili.
Metagenomica per la scoperta di enzimi biocatalitici
L’uso degli enzimi biocatalitici come per esempio le transaminasi, nelle industrie chimiche e farmaceutiche, ha subito una crescita negli ultimi anni. Le transaminasi catalizzano il trasferimento di un gruppo amminico da una molecola donatrice a una accettrice di ammina. Tali enzimi rappresentano un’opzione per la sintesi di ammine chirali, le quali servono come blocchi fondamentali per la sintesi di diversi composti farmaceutici.

La maggior parte dei processi industriali richiedono alte temperature. L’utilizzo di enzimi termostabili contribuirebbe a semplificare il processo, evitando l’elevata intensità di energia di raffreddamento e i passaggi di riscaldamento. Il concetto generale del progetto HOTRAM (Thermostable transaminases for the synthesis of pharmaceutical building blocks), sponsorizzato dall’UE, era quello di scoprire una nuova generazione di transaminasi termostabili in ambienti caldi, mediante l’utilizzo della metagenomica.

La metagenomica (genomica ambientale o genomica delle comunità) rappresenta lo studio del materiale genetico recuperato direttamente dall’intero campione ambientale. La metagenomica costituisce un potente strumento per la scoperta degli enzimi, in quanto ha accesso alla maggioranza non caratterizzata di microbi presenti in ogni habitat.

Durante la parte iniziale del progetto, le colture batteriche sono state preparate da nove campioni ambientali raccolti in Islanda a temperature che vanno da 50 a 90 °C. Il DNA metagenomico è stato estratto dai campioni, ed è stata ottenuta la corrispondente libreria di espressione. Le librerie hanno subito uno screening utilizzando le analisi sviluppate, ma non sono stati rilevati cloni positivi.

Allo stesso tempo, lo screening in silicoha prodotto tre nuovi enzimi transaminasi e successivamente sono state purificate le proteine. L’attività di questi enzimi è stata valutata a diverse temperature, mediante l’utilizzo di dosaggi spettrofotometrici.

I nuovi enzimi transaminasi termostabili, con ampia specificità di substrato sono stati scoperti e testati con successo per la sintesi di ammine chirali su scala industriale. Soprattutto, l’esito del progetto vanta un forte impatto ambientale, poiché l’attuale produzione di ammine chirali coinvolge sostanze inquinanti, nello specifico metalli catalizzatori. L’introduzione di metodi biocatalitici potrebbe contribuire a ridurre l’impatto ambientale dei processi sintetici industriali.

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Keywords

Metagenomica, biocatalisi, transaminasi, enzimi termostabili, HOTRAM