Soms zijn potentieel bruikbare enzymen niet gemakkelijk te ontdekken omdat hun biokatalytische capaciteiten hun natuurlijke en dus bekende werkingsgebied kunnen overstijgen. Door een nieuw ontdekt enzymatisch vermogen te recombineren, een onderzoeksteam van het Max Planck Instituut voor Terrestrische Microbiologie onder leiding van Tobias Erb creëerde een "groene" manier om amandelzuur te produceren.

Chemische synthese is zeer krachtig, maar het brengt hoge kosten met zich mee:giftige verbindingen, gevaren voor het milieu, afhankelijkheid van niet-hernieuwbare hulpbronnen. De chemische synthese voor amandelzuur is geen uitzondering. Het is een belangrijke fijnstof, gebruikt in cosmetica en als bouwsteen voor drugs en smaakstoffen, maar de synthese ervan berust op het gebruik van cyanide, een krachtig gif.

microben, in tegenstelling tot, enzymen kunnen gebruiken en op duurzame wijze waardevolle chemicaliën kunnen produceren uit zeer goedkope substraten, in een proces dat fermentatie wordt genoemd. De mensheid profiteert al millennia van hun expertise, van het maken van yoghurt en het brouwen van bier in de oudheid tot de recombinante productie van insuline vandaag. Echter, de meeste micro-organismen die in de natuur voorkomen, kunnen niet in het laboratorium worden gekweekt of produceren niet de gewenste verbinding. Synthetische biologie speelt daarom een ​​sleutelrol bij het benutten van het fermentatieve potentieel bij de implementatie van "groene" processen in de chemische industrie.

Nieuwe combinaties van bekende enzymen

Soms zijn potentieel bruikbare enzymen niet gemakkelijk te herkennen omdat hun enzymatische capaciteit hun natuurlijke functie te boven gaat. Een onderzoeksteam onder leiding van Tobias Erb heeft nu een methode gevonden voor de groene productie van amandelzuur. Het is gebaseerd op een nieuw geïdentificeerde activiteit van het enzym oxalyl-CoA-decarboxylase (OXC). In de natuur, dit enzym speelt een belangrijke rol bij de afbraak van calciumoxalaat, die, als het zich ophoopt in het lichaam, kan gezondheidsproblemen veroorzaken, zoals nierstenen. Ze ontdekten dat het enzym niet alleen oxalaat afbreekt, maar ook een nieuwe binding tussen twee koolstofatomen kan creëren.

Tijdens de reactie, OXC produceert een zeer actieve vorm van mierenzuur, het hoofdbestanddeel van mierengif. OXC condenseert dit geactiveerde tussenproduct met een aldehyde, een ander zeer reactief molecuul. De wetenschappers verbeterden het enzym door chirurgische mutaties en combineerden het met twee andere enzymen. Daarbij, ze creëerden een drietrapscascade die de goedkope en veilige uitgangsstoffen oxaalzuur en benzaldehyde onder milde omstandigheden omzet in amandelzuur. Verder, ze waren in staat om een ​​breed scala aan amandelzuurderivaten te synthetiseren, die zeer nuttig kunnen zijn bij het ontwerpen van nieuwe medicijnen.

Het gebruik van biokatalysatoren in de synthetische biologie

Tot dusver, de methode is gebaseerd op gezuiverde enzymen. Het introduceren van de drie enzymen in een microbe of synthetisch systeem zou uiteindelijk een ecologisch duurzaam fermentatieproces van amandelzuren en zijn derivaten mogelijk kunnen maken. In een bredere context, de bevindingen onderstrepen het enorme katalytische potentieel van enzymen en tonen aan dat bekende enzymen nieuwe, zeer nuttige activiteiten. In feite, de enzymfuncties die we tot nu toe kennen, zijn waarschijnlijk slechts het topje van de ijsberg. Door het volledige potentieel van deze veelzijdige biokatalysatoren te verkennen, wordt enzymatische synthese een steeds krachtiger alternatief voor chemische synthese.