La biocatalisi nella sintesi chimica La sintesi delle sostanze chimiche per l’industria comprende ormai anche l’applicazione dei catalisti biologici, o enzimi, che svolgono un ruolo importante, grazie alla loro straordinaria selettività e alla capacità di svolgere più reazioni contemporaneamente in un unico reattore. Salute © Thinkstock Uno dei problemi fondamentali della produzione dei catalisti biologici è che i microorganismi utilizzano i nutrienti principalmente per creare biomasse anziché enzimi, di conseguenza, riuscire a controllare il processo di produzione degli enzimi è uno degli obiettivi più perseguiti dalla ricerca biotecnologica. Il progetto MAZPROTEC (“Two-step-strategy towards an orthogonal bio-system”), finanziato dall’UE, ha cercato di introdurre un nuovo principio nella produzione di biocatalisti. I ricercatori hanno sfruttato la capacità delle normali cellule batteriche dell’Escherichia coli di selezionare su scala cellulare le proteine da sintetizzare. Per la selezione, l’E. coli utilizza il sistema tossina-antitossina MazEF. MazF è la tossina, un enzima che idrolizza l’RNA digerendo le molecole dell’mRNA contenenti tre esemplari della sequenza ACA, normalmente tenuta sotto controllo da MazE. L’attivazione di MazF previene la sintesi proteica della maggior parte degli mRNA, mentre gli mRNA senza ACA continuano ad essere tradotti. Il team MAZPROTEC si proponeva di sfruttare questo meccanismo per forzare la cellula a dedicare le sue risorse esclusivamente alla produzione delle proteine desiderate. I ricercatori ne hanno testato l’applicazione nel sistema modello di sintesi in 12 fasi dell’acido Neu5Ac (acido N-acetil neuraminico), un precursore dei farmaci antivirali, partendo da glucosio (Glc) e N-acetil glucosamina (GlcNAc) e svolgendo test con un sistema ridotto, basato su un ceppo di E. coli geneticamente modificato e sugli enzimi necessari per la conversione di GlcNAc e di fosfoenolpiruvato. Lo studio ha dimostrato chiaramente che dopo la sovraespressione di MazF, le attività di sintesi delle proteine sono state ridirette in gran parte alla sintesi delle proteine ricombinanti, dai geni privi di ACA verso i geni normali. Un aspetto importante è la correlazione con un aumento consistente della produzione di Neu5Ac nel sistema privo di ACA rispetto a un sistema analogo che utilizza geni contenenti ACA. In sintesi, il team MAZPROTEC ha dimostrato l’esistenza di una massiccia riorganizzazione della sintesi delle proteine, utilizzando il sistema MazEF come strategia perfettamente idonea per l’aumento della produttività nella biocatalisi multi-fase. Questo metodo avrà probabilmente notevole rilevanza nella futura creazione di cascate di reazioni biocatalitiche, soprattutto nell’industria chimica fine. Parole chiave Biocatalisi, sintesi chimica, catalisti biologici, produzione di enzimi, MazEF
