Gli enzimi fungini catalizzano una rivoluzione nel settore biotecnologico europeo
La biomassa vegetale è un autentico tesoro di molecole utili che possono essere convertite in prodotti a valore aggiunto. Inoltre, la biomassa vegetale, condividendo la struttura portante in carbonio dei combustibili fossili ricavati da organismi un tempo viventi, ha il potenziale per sostituire i prodotti petrolchimici come origine di composti importanti. Il progetto EnzOx2, finanziato dall’UE, ha sfruttato i funghi e i loro enzimi ossidativi (ossidasi e perossigenasi), in larga misura inesplorati ai fini dell’applicazione commerciale, per produrre in modo sostenibile composti a valore aggiunto dalla biomassa. Nel corso del processo, EnzOx2 ha rafforzato la collaborazione europea tra operatori della ricerca e dell’industria.
Un kit di strumenti di enzimi fungini
EnzOx2 si è concentrato sulle reazioni che portano ai composti rilevanti per settori importanti a livello industriale quali plastiche, farmaci, nonché aromi e fragranze (F&F). Il coordinatore del progetto Angel T. Martinez del Margarita Salas Centre for Biological Research, uno dei più grandi e prestigiosi centri di ricerca del Consiglio nazionale delle ricerche spagnolo, spiega: «In primo luogo, i partner del progetto EnzOx2 si sono avvalsi della diversità per lo più inutilizzata dell’ossidoriduttasi nei funghi provenienti da habitat specifici e dei geni di ossidoriduttasi nei genomi fungini sequenziati, per ottenere nuovi enzimi di interesse. Quindi, la prestazione catalitica, la selettività e/o la stabilità dei migliori enzimi candidati sono state adattate alle condizioni necessarie per la reazione in base alle necessità, utilizzando strumenti di ingegneria proteica».
Un percorso sostenibile per plastiche sostenibili
L’acido 2,5-furandicarbossilico (FDCA) è una delle 12 sostanze chimiche a valore aggiunto ricavate dalla biomassa poiché è un precursore rinnovabile della produzione di poli(etilene-2,5-furandicarbossilato) (PEF). Il PEF è il polimero che dovrebbe sostituire il poli(etilene-tereftalato) derivato dal petrolio per la produzione di plastiche sostenibili. EnzOx2 ha fornito tre percorsi per la produzione di FDCA da 5-idrossimetilfurfurale (HMF) o 5-metossimtilfurfurale (MMF). Il gruppo ha ottimizzato la cascata a due enzimi, precedentemente sviluppata, per la conversione di HMF in FDCA e ha proposto una nuova cascata che prevede due ossidasi e una perossigenasi. Inoltre, gli scienziati hanno ottenuto il 99 % di conversione con l’utilizzo di un’ossidasi in presenza di catalasi per rimuovere l’acqua ossigenata prodotta, mostrata per inibire l’ultima fase di ossidazione. Infine, poiché la produzione su larga scala di bioplastiche a base di FDCA sarà basata sull’MMF, è stata sviluppata per questo percorso una cascata a tre enzimi che è stata poi brevettata.
Molecole di derivazione lipidica per farmaci, alimenti e fragranze
La perossigenasi non specifica ha aperto la porta a una gran quantità di composti provenienti da lipidi delle biomasse. Tra i numerosi risultati vi è un brevetto per l’accorciamento controllato della catena a un carbonio degli acidi grassi, una nuova chimica di reazione che potrebbe fornire acidi su misura rari in natura. Per quanto riguarda le trasformazioni di steroidi, gli scienziati hanno scoperto una perossigenasi che catalizza l’ossigenazione selettiva del testosterone per ottenere 4-idrossitestosterone, un ingrediente farmaceutico attivo utilizzato per la sintesi dei farmaci per il cancro al seno. Di recente, questa reazione è stata ampliata e valutata positivamente per l’applicazione industriale. Inoltre, la perossigenasi ha attivato la sintesi selettiva brevettata di 4-idrossi-isoforone e 4-chetoisoforone, di interesse per il settore farmaceutico e quello di F&F. Martinez sintetizza: «Negli ultimi 30 anni i posti di lavoro e i ricavi da prodotto nell’industria chimica biocompatibile si sono trasferiti sempre di più dall’Europa all’Asia, ma EnzOx2 sta modificando le condizioni di questo mercato. Abbiamo identificato e/o ingegnerizzato enzimi fungini per ottenere molecole complesse per sostanze chimiche speciali (quasi impossibili da produrre con la sintesi chimica) trasformando nel contempo materie prime a basso costo in processi enzimatici efficienti sul piano energetico». Grazie ai risultati del progetto, la posizione competitiva dell’Europa nel settore in crescita della biotecnologia bianca si è decisamente rafforzata.
Parole chiave
EnzOx2, biomassa, enzimi, acido 2,5-furandicarbossilico (FDCA), 5-idrossimetilfurfurale (HMF), ossidasi, perossigenasi, funghi, plastiche, farmaceutico, poli(etilene-2,5-furandicarbossilato) (PEF), aromi e fragranze (F&F), biotecnologia