Evaluering af succesen med biokatalyse fra lægemidler til miljøteknologi

Som biokatalysatorer kan enzymer gøre mange kemiske processer "grønnere" og åbne lovende muligheder for forskellige industrier fra lægemidler til miljøteknologi. Nye analytiske metoder, den enorme stigning i datamængder og maskinlæring har været med til at sætte skub i udviklingen af ​​biokatalyse.

En publikation i tidsskriftet Science , koordineret af Prof. Dr. Uwe Bornscheuer fra University of Greifswald (DE) og Prof. Dr. Rebecca Buller fra ZHAW (CH), opsummerer udviklingen inden for biokatalyse.

Enzymer er blevet brugt i biokatalyse til fremstilling af semisyntetiske antibiotika, forskellige byggesten til aktive farmaceutiske ingredienser og basiskemikalier såsom akrylamid til polymerer i årtier.

Biokatalyse kan gøre kemiske processer mere effektive, specifikke og energibesparende og er på baggrund af energimangel og klimaændringer et fyrtårn af håb for udviklingen af ​​grønnere kemi og en omfattende cirkulær økonomi.

I de sidste fem år er der sket innovative og banebrydende fremskridt på dette område:Nøglegennembrud har f.eks. været udviklingen af ​​nye bioinformatiske værktøjer såsom maskinlæring, der letter skræddersyet design af biokatalysatorer, eller muligheden for at udstyre enzymer med evnen til at udføre nye kemiske reaktioner, der ikke er kendt fra naturen. Det er også muligt at syntetisere komplekse molekyler såsom stivelse fra drivhusgassen kuldioxid ved smart at kombinere enzymer.

Naturlige enzymer er tilpasset deres metaboliske funktion gennem evolution og skal derfor optimeres til industrielle anvendelser ved hjælp af proteinteknologiske metoder. Selvom dette er blevet gjort i næsten tre årtier, er vigtige nye metoder blevet udviklet i de sidste fem år.

Ikke alene er antallet af proteinsekvenser lagret i offentlige databaser steget 20 gange, men pålidelige proteinstrukturer kan nu også genereres automatisk og bruges sammen med maskinlæringsmetoder til hurtigt at tilpasse biokatalysatorer til kravene i en industriel proces.

Som et resultat er det nu muligt at anvende biokatalyse til at producere meget komplekse lægemiddelmolekyler såsom islatravir til behandling af AIDS eller terapeutiske oligonukleotider. Den første forfatter til Science artiklen, Prof. Dr. Rebecca Buller, bemærker, at brugen af ​​enzymer er ved at blive en realitet på et stigende antal områder. "Den hurtige udvikling af bioinformatiske og molekylærbiologiske metoder gør den biokatalytiske syntese af stadig mere komplekse produkter mulig, også ved at lære enzymer helt nye tricks."

Enzym til at nedbryde plastik takket være proteinteknologi

Bortskaffelse af plastaffald er et andet globalt problem, som kan løses ved hjælp af biokatalyse. I 2020 beskrev for eksempel proteinteknologiske metoder en højeffektiv esterase, der nu kan bruges til at genbruge PET-plast i industriel skala.

"De avancerede enzymteknologiske metoder, der er opsummeret i vores gennemgang, bør derfor gøre det muligt at etablere effektive genanvendelsesprocesser for andre plasttyper i en overskuelig fremtid," siger prof. Dr. Uwe Bornscheuer.

Oversigtsartiklen, skrevet i samarbejde med et internationalt team af forfattere, opsummerer de vigtigste udviklinger inden for biokatalyse gennem det sidste årti, hvilket den illustrerer med imponerende anvendelseseksempler. Det giver også et kig ind i fremtiden for dette innovative forskningsfelt.

Ud over kombinationen af ​​kemiske og enzymatiske katalyseprocesser ser forfatterne også helt nye anvendelsesområder for enzymer, for eksempel i produktionen af ​​RNA-terapeutika, i genterapi og andre innovative bidrag til bevarelse af ressourcer og klimabeskyttelse.

Flere oplysninger: R. Buller et al., Fra natur til industri:Udnyttelse af enzymer til biokatalyse, Videnskab (2023). DOI:10.1126/science.adh8615

Journaloplysninger: Videnskab

Leveret af Universität Greifswald