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Biocatalizadores para producir compuestos químicos más ecológicos

La biooxidación podría reducir el impacto ambiental de los procesos de oxidación química empleados actualmente en la producción de compuestos químicos e intermediarios, biopolímeros, productos de consumo, aromas y perfumes.
Biocatalizadores para producir compuestos químicos más ecológicos
En la industria química, la catálisis juega un papel relevante. La mayoría de los compuestos químicos sintetizados industrialmente emplean catalizadores para acelerar el proceso de oxidación industrial o para inducir su acción. Sin embargo, los procesos de oxidación química pueden provocar a menudo efectos secundarios ambientales no deseados, ya que utilizan disolventes dañinos o compuestos tóxicos. Los materiales oxidantes también presentan el riesgo de desencadenar una explosión o una reacción muy exotérmica.

Con la participación de once socios de empresas y universidades punteras de Europa, el proyecto financiado con fondos europeos BIOOX abordó la necesidad de desarrollar nuevos procesos de producción ecoeficientes y más seguros para la industria química y los usuarios finales.

Catalizadores derivados de organismos vivos

Los bioprocesos podrían abordar la naturaleza peligrosa y el elevado impacto ambiental de los procesos de oxidación química actuales. Aprovechar las reacciones químicas que tienen lugar en las células de los organismos vivos puede proporcionar una forma más segura y más ecológica de sintetizar compuestos químicos que proporcionen productos industriales inocuos y de gran calidad.

«Actualmente, las reacciones de oxidación biocatalítica aeróbica podrían tener una gran repercusión en la futura explotación de la biotecnología industrial en Europa», señala el profesor John Whittall. La biocatálisis ha sido reconocida desde hace tiempo por su capacidad para proporcionar un método limpio, seguro y de bajo consumo energético para las transformaciones oxidativas que forman la base de toda la vida aeróbica. Sin embargo, el profesor Whittall comenta que «las reacciones de biocatálisis no se han adoptado de forma generalizada en los procesos de síntesis química debido a la ausencia de enzimas oxidativas estables y específicas».

El principal obstáculo es que el entorno de oxidación es perjudicial para las enzimas. Por tanto, el objetivo principal de BIOOX consistió en diseñar enzimas estables con suficiente actividad que pueden producirse a un precio razonable.

Avances del proyecto

Las biooxidaciones se caracterizan por unas condiciones de reacción relativamente suaves y una alta especificidad, lo que a menudo provoca transformaciones de precursores que son difíciles de obtener a través de la química tradicional. El trabajo del proyecto se centró en el desarrollo de herramientas avanzadas punteras para producir enzimas que sintetizan y oxidan alcoholes.

Las nuevas herramientas bioinformáticas avanzadas permitieron a los investigadores evaluar la actividad de una amplia variedad de biocatalizadores diferentes, incluidos oxidasas y citocromos p450. Tras seleccionar diversas enzimas con propiedades predichas, BIOOX desarrolló una técnica de vanguardia denominada «fermentación en matraz» a fin de optimizar las actividades enzimáticas más prometedoras y aumentar su rendimiento a partir de cepas bacterianas modificadas genéticamente.

Los investigadores demostraron con éxito la síntesis de ácidos grasos hidroxilados, alquenos y terpenos oxifuncionalizados usando enzimas del citocromo p450. Además, lograron producir aldehídos a gran escala empleando enzimas alcohol oxidasas. Seguidamente, el equipo experimentó con métodos de fermentación avanzados para producir las enzimas de interés a un coste razonable. El consorcio también amplió los nuevos reactores desarrollados, por lotes y continuos, para su evaluación por los socios industriales.

En conjunto, BIOOX proporcionó nuevos conocimientos sobre las enzimas y los procesos que son necesarios para desarrollar nuevas reacciones de biooxidación industrial. «El objetivo principal era llevar a cabo reacciones de oxidación para la producción a escala industrial de compuestos químicos a bajo coste y reforzar la confianza de los usuarios en que la biocatálisis no es una mera anécdota académica, si no que puede transformarse en una herramienta de utilidad para diferentes campos», recalca el profesor Whittall.

Los logros del proyecto incluyen tecnologías para aplicaciones en diferentes mercados, como la producción de compuestos químicos e intermediarios, biopolímeros, productos de consumos, aromas y perfumes. Los avances realizados por BIOOX deberían abrir nuevas oportunidades para adoptar la biocatálisis como una técnica común en la industria biotecnológica, lo que además favorecería la bioeconomía basada en el conocimiento en Europa.

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Palabras clave

BIOOX, enzimas, biocatalizadores, biocatálisis, oxidación química, biooxidación
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