Wytwarzanie enzymów utleniających
W ramach finansowanego ze środków UE projektu "Effective redesign of oxidative enzymes for green chemistry" (OXYGREEN) opracowano narzędzia do projektowania enzymów utleniających przeznaczonych do zastosowań przemysłowych i biotechnologicznych. Badano trzy rodziny biokatalizatorów — dioksygenaz żelaza niehemowego oraz dioksygenaz alfa-ketoglutaranu (KGDO), monooksygenaz Baeyera-Villigera (BVMO) oraz występujących u ssaków monooksygenaz P450. Naukowcom udało się uzyskać nowe informacje o działaniu i strukturze enzymów. Zbadano nowe struktury białek i wprowadzono je do ogólnodostępnego banku danych dotyczących białek . W oparciu o nowe informacje przygotowano także film przedstawiający w skali atomowej sposób proces selektywnego utleniania przez enzym. W ramach projektu OXYGREEN powstało też bezpłatne narzędzie internetowe o nazwie MuteinDB , które udostępnia obszerne wiadomości o muteinach (zmutowanych enzymach). Opracowano metodologie tworzenia i analizowania wysokiej jakości bibliotek zmutowanych enzymów. Wśród nowych metod znalazły się elektrochemiczna płytka mikromiareczkowa do badania monooksygenaz P450, sprzęgane enzymami badanie BVMO oraz oparte na produktach badanie KGDO. Uczeni dokonali także optymalizacji opatentowanej czteroetapowej metody mutagenezy z nasyceniem sekwencji oraz narzędzia obliczeniowego 3D Mutagenesis Assistant Program . Po przebadaniu wybranych rodzin enzymów znaleziono interesujące muteiny. Uzyskane monooksygenazy P450 wykazywały się dobrą wydajnością w warunkach przemysłowych i zostały już objęte ochroną patentową. Hydroksyprolina to aminokwas, którego nie można było wytwarzać w skali przemysłowej, dopóki nie powstała oparta na KGDO biokatalityczna metoda całokomórkowa. Ten obiecujący bioproces przechodzi obecnie testy pilotażowe, dokonano już też transferu technologii. BVMO mają wiele różnych zastosowań przemysłowych, takich jak synteza kwasu 3-hydroksyprolinowego, laktonów aromatycznych i monomerów poliamidu-9. Dla części tych nowo zsyntezowanych BVMO być może zostanie złożony wniosek patentowy, a część jest już dostępna na rynku. Wiedza i technologie dotyczące tworzenia enzymów zostały udostępnione na stronie internetowej Oxygreen Services . Współpraca między nauką i przemysłem przyczyni się do rozwoju inżynierii enzymatycznej i umożliwi szybką komercjalizację produktów. Tego rodzaju ekologiczne, zrównoważone i niedrogie bioprocesy oparte na zasobach odnawialnych przyczynią się również do poprawy konkurencyjności UE. Wśród ich potencjalnych zastosowań można wymienić wytwarzanie biopaliw, tekstyliów, perfum, nawozów, dodatków do żywności, materiałów opakowaniowych i leków.
Słowa kluczowe
Enzym utleniający, enzym, katalizator, reakcja chemiczna, zielona chemia, biotechnologiczne, dioksygenaza zależna od alfa- ketoglutaranu, monooksygenazy Baeyera-Villigera, monooksygenazy P450, muteina, hydroksyprolina, poliamid-9
