Szybkie, elastyczne i niedrogie narzędzia do odkrywania enzymów
Enzymy stosuje się w komercyjnych produktach konsumenckich, w tym detergentach, od początku XX wieku. W ostatnich latach konieczne stało się odkrycie nowych enzymów, które mogłyby pomóc Europie w przejściu na bardziej ekologiczne i zrównoważone sposoby produkcji. Wynika to z faktu, że enzymy mogą potencjalnie przyspieszyć procesy przemysłowe, a jednocześnie w wielu zastosowaniach przemysłowych zastąpić syntetyczne chemikalia wytwarzane z paliw kopalnych.
Platforma do identyfikacji skutecznych enzymów
Proces odkrywania enzymów nie jest jednak prosty. Identyfikacja efektywnych enzymów oraz zapewnienie ich bezpiecznego i skutecznego zastosowania w procesach lub produktach codziennego użytku wymaga poświęcenia dużej ilości czasu i pieniędzy. Jest to wyzwanie, któremu sprostania podjął się zespół finansowanego przez UE projektu RADICALZ(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Rozwój enzymów jest kosztowny, a firmy poświęcają na to dużo czasu i zasobów”, mówi koordynator projektu Aurelio Hidalgo z Autonomicznego Uniwersytetu w Madrycie(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Hiszpanii. „Naszym celem było stworzenie ogólnej platformy, którą można by stosować do szeregu enzymów w różnych zastosowaniach, aby cały proces był dużo tańszy i szybszy”. Aby wytwarzanie produktów konsumenckich wspomaganych enzymami było w pełni zgodne z zasadami obiegu zamkniętego, wszystkie potencjalne surowce pochodziły ze strumieni odpadów przemysłowych. Dotyczyło to produkcji sacharozy, zużytych olejów do smażenia, produktów ubocznych przemysłu mleczarskiego, a nawet kory drzew. „Budując prawdziwą gospodarkę o obiegu zamkniętym(odnośnik otworzy się w nowym oknie), musimy pamiętać o tym, skąd pochodzą nasze surowce”, dodaje Hidalgo. Prace koncentrowały się na studiach przypadków dotyczących zastosowań końcowych, w tym produktów do prania, nutraceutyków i kosmetyków.
Technologie wspomagające, w tym SI
Sam proces wykorzystuje technologie wspomagające, w tym sztuczną inteligencję, aby przyspieszyć identyfikację enzymów. Sztuczna inteligencja została połączona z danymi jednego z partnerów projektu w celu dokładnego i skutecznego przewidywania skuteczności niektórych enzymów w określonych procesach. W procesie tym wykorzystano także mikrofluidykę, która polega na manipulowaniu płynami w skali mikrometrycznej. „W praktyce byliśmy w stanie tysiąckrotnie zmniejszyć objętość substancji”, mówi Hidalgo. „Ma to ogromny wpływ na koszty, ponieważ oznacza, że możemy przeprowadzić milion testów w ciągu kilku godzin za na przykład 10 euro”. Dzięki wykorzystaniu mikroskopijnych kropelek jako probówek zespołowi udało się zmniejszyć zapotrzebowanie na plastik. Następnie przeprowadzono ocenę zrównoważonego rozwoju, począwszy od pozyskiwania surowców, aż po zakończenie eksploatacji. „Zidentyfikowaliśmy tutaj pewną lukę w wiedzy, dlatego opracowaliśmy nowe, uniwersalne i łatwe równania na potrzeby tego zadania”, wyjaśnia Hidalgo.
Odkrywanie potencjału enzymów
Korzystając z pionierskiej platformy, zespół był w stanie zsyntetyzować 27 nowych składników, które mogłyby być stosowane zamiast syntetycznych chemikaliów w szeregu produktów konsumenckich. Partnerzy przemysłowi projektu pozyskali patenty na te substancje. Miniaturowe kropelki wykorzystano także jako rusztowania do opracowania mikrokapsułek do składników. Chodzi o to, aby móc zachować właściwość danego enzymu do czasu, gdy będzie potrzebna. „Sama możliwość zademonstrowania opłacalności tych procesów może prowadzić do nowych inwestycji”, mówi Hidalgo. Wyniki projektu udostępniono w dokumentach strategicznych i publikacjach akademickich, ale zespół skupił się także na dzieciach jako przyszłych konsumentach. Powstał komiks dla dzieci w wieku od 8 do 12 lat, a także cyfrowy escape room skierowany do uczniów szkół średnich. Zadaniem jest rozwiązywanie zagadek i odkrywanie potencjału enzymów. Zorganizowano również szkołę wiosenną w Madrycie, aby zgromadzić naukowców na początku kariery wraz z wiodącymi ekspertami ze środowiska akademickiego i przemysłu oraz omówić wniosku z inicjatywy RADICALZ, a także innych projektów finansowanych przez UE: OXIPRO, EnXylaScope i FuturEnzyme.
