Miljøvenlig produktion af mandelsyre

Nogle gange er potentielt nyttige enzymer ikke lette at opdage, fordi deres biokatalytiske evner kan gå ud over deres naturlige og dermed kendte virkningsområde. Ved at rekombinere en nyopdaget enzymatisk evne, et forskerhold fra Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology ledet af Tobias Erb skabte en "grøn" måde at producere mandelsyre på.

Kemisk syntese er meget kraftfuld, men det koster meget:giftige forbindelser, miljøfarer, afhængighed af ikke-vedvarende ressourcer. Den kemiske syntese for mandelsyre er ingen undtagelse. Det er et vigtigt finkemikalie, bruges i kosmetik og som byggesten til lægemidler og smagsstoffer, men dets syntese er afhængig af brugen af ​​cyanid, en kraftig gift.

Mikrober, i modsætning, kan anvende enzymer og bæredygtigt producere værdifulde kemikalier fra meget billige substrater, i en proces kaldet gæring. Menneskeheden har nydt godt af deres ekspertise i årtusinder, fra at lave yoghurt og brygge øl i oldtiden til rekombinant produktion af insulin i dag. Imidlertid, de fleste mikroorganismer, der findes i naturen, kan ikke dyrkes i laboratoriet, eller de producerer ikke den ønskede forbindelse. Syntetisk biologi har derfor en nøglerolle at spille i at udnytte det fermentative potentiale med hensyn til implementering af "grønne" processer i den kemiske industri.

Nye kombinationer af velkendte enzymer

Nogle gange er potentielt nyttige enzymer ikke nemme at genkende, fordi deres enzymatiske kapacitet er ud over deres naturlige funktion. Et forskerhold ledet af Tobias Erb har nu fundet en metode til grøn produktion af mandelsyre. Den er afhængig af en nyligt identificeret aktivitet af enzymet oxalyl-CoA decarboxylase (OXC). I naturen, dette enzym spiller en vigtig rolle i nedbrydningen af ​​calciumoxalat, hvilken, hvis den ophobes i kroppen, kan forårsage helbredsproblemer såsom nyresten. De fandt ud af, at enzymet ikke kun nedbryder oxalat, men også kan skabe en ny binding mellem to kulstofatomer.

Under reaktionen, OXC producerer en meget aktiv form for myresyre - hovedbestanddelen af ​​myregift. OXC kondenserer dette aktiverede mellemprodukt med et aldehyd, et andet meget reaktivt molekyle. Forskerne forbedrede enzymet ved kirurgiske mutationer og kombinerede det med to andre enzymer. Derved, de skabte en tre-trins kaskade, der omdanner de billige og sikre udgangsmaterialer oxalsyre og benzaldehyd til mandelsyre under milde forhold. Desuden, de var i stand til at syntetisere en bred vifte af mandelsyrederivater, hvilket kan være yderst nyttigt til at designe nye lægemidler.

Brugen af ​​biokatalysatorer i syntetisk biologi

Indtil nu, metoden bygger på oprensede enzymer. Introduktion af de tre enzymer i en mikrobe eller syntetisk system kan i sidste ende muliggøre en miljømæssigt bæredygtig fermenteringsproces af mandelsyrer og derivater deraf. I en bredere sammenhæng, resultaterne understreger enzymernes enorme katalytiske potentiale og viser, at velkendte enzymer kan have nye, meget nyttige aktiviteter. Faktisk, de enzymfunktioner, vi kender indtil videre, er sandsynligvis kun toppen af ​​isbjerget. Udforskning af det fulde potentiale af disse alsidige biokatalysatorer vil gøre enzymatisk syntese til et stadig mere kraftfuldt alternativ til kemisk syntese.