Ekspercka wiedza z zakresu chemii przyrody na rzecz bardziej ekologicznej produkcji przemysłowej

Aby utrzymać jakość życia i działalność gospodarczą, nowoczesne społeczeństwo polega w znacznym stopniu na produktach chemii przemysłowej. Tradycyjna procedura przekształcania surowców w dowolny produkt, od farmaceutyków po tworzywa sztuczne zazwyczaj jest energochłonna i wymaga wysokich temperatur, przez co jest często nieefektywna. Dodatkowo w procesie wykorzystywane są niebezpieczne substancje (takie jak żrące chemikalia i metale toksyczne) i wytwarzane szkodliwe odpady.

Tymczasem w przyrodzie transformacje chemiczne są efektywne i zrównoważone. Enzymy, naturalne katalizatory, umożliwiają organizmom fotosyntetycznym (takim jak rośliny) przekształcanie wychwyconego CO2 w cukry, które z kolei pełnią rolę budulca i aktywatorów w różnych produktach i procesach. Punktem wyjścia finansowanego ze środków UE projektu CARBAZYMES były poszukiwania najlepszego sposobu opanowania zdolności przyrody do szybkiej, precyzyjnej i wydajnej produkcji w łagodnych warunkach reakcji z zamiarem stworzenia „zielonej chemii”.

Pomost nad „doliną śmierci” – z laboratorium do produkcji przemysłowej na szeroką skalę

Partnerzy CARBAZYMES, którzy postanowili wprowadzić innowacje do wielkoskalowego biokatalitycznego tworzenia wiązań węgiel-węgiel, o kluczowym znaczeniu dla przemysłowej syntezy organicznej, musieli najpierw pokonać kilka przeszkód. Polegały one zasadniczo na stworzeniu katalogu wydajnych enzymów na potrzeby szeregu reakcji w połączeniu z długimi okresami rozwoju.

Zespół poczynił znaczące postępy, dzięki zaprojektowaniu zaawansowanych narzędzi do rozpoznawania i opracowywania bogatego zestawu enzymów tworzących wiązania C-C o ulepszonych właściwościach, lepiej nadających się do zrównoważonych procesów przemysłowych. W ramach CARBAZYMES trwają prace nad syntezą biokatalityczną kilku komponentów z gamy czterech chiralnych chemikaliów wysokowartościowych i trzech chemikaliów luzem, zidentyfikowanych jako dobrze odpowiadające potrzebom rynkowym. Partnerzy projektu stworzyli także narzędzia bioinformatyczne do eksploracji danych, testy na potrzeby wysokowydajnej analizy reakcji, modele struktury białkowej oraz szybkie protokoły mutagenezy i stabilizacji enzymów. Opracowano także technologię mikroreaktora do charakterystyki bioprocesów i zaawansowanej inżynierii reakcji.

Do tej pory partnerzy przygotowali katalog obiecujących enzymów i przetestowali ich reakcje pod kątem predyspozycji katalitycznych. Znalazły się w nich „enzymy mutanty”, jak nazywają je partnerzy projektu, o podwyższonych właściwościach ewolucji in-vitro i wysokowydajnym przesiewaniu. Koordynator projektu, prof. Wolf-Dieter Fessner, wyjawił w udzielonym niedawno wywiadzie, że jeden z partnerów już odkrył enzym i opracował katalizator – zbliżając się do wymogów przemysłowych.

Jak sobie przypomina: „Nawet ja, przy całym moim doświadczeniu, sądziłem, że będzie do naprawdę trudne ze względu na wysoką reaktywność składników. Już złożyliśmy wniosek patentowy – co jest nie lada osiągnięciem, jak sądzę, zważywszy na krótki czas realizacji projektu. To, moim zdaniem, jest naprawdę niesamowite!”

Skarbnica biotechnologii

Wiele korzyści przyniosą wielkoskalowe innowacje w zakresie tworzenia wiązań C-C przez naturalne enzymy-katalizatory, opracowywane w ramach CARBAZYMES. W sferze ekonomicznej przyczynią się do wzrostu wydajności produkcji ze zdolnością do tworzenia wielkoskalowych obiektów dla partnerów przemysłowych. Wygenerują też nową własność intelektualną i pomogą pobudzić tworzenie miejsc pracy. Wszystko to sprawi, że europejski przemysł chemiczny zyska na konkurencyjności na rynku wartym miliardy euro.

Powstałe biokatalizatory stworzą także możliwości dalszej syntezy wielu wartościowych produktów o sporym potencjale obniżania emisji, zużycia energii i ilości toksycznych odpadów. Jak przyznaje prof. Fessner: „Należy pamiętać, że chemikalia luzem są produkowane w miliardach ton. Jeżeli te procesy można by zmodyfikować w taki sposób, aby stały się bardziej przyjazne środowisku, to z pewnością będzie to miało wpływ na naszą planetę. A to dopiero początek”. Partnerzy projektu rozważają nawet recykling pozostałości odpadów organicznych, z których powstaną komponenty do wykorzystania przez przemysł chemiczny.

Więcej informacji:
witryna projektu