Gli esperti dell'Università di Nottingham hanno creato un circuito di reazioni autosufficiente che rappresenta un metodo di produzione chimica più ecologico ed efficiente.

Nel loro articolo Conversione multienzimatica autosufficiente a ciclo chiuso mediata da ammine in alcoli in reazioni continue, pubblicato in Catalisi della natura , Le dottoresse Francesca Paradisi e Martina Contente dell'Università di Nottingham producono sostanze chimiche in modo più efficiente attraverso una serie di reazioni in loop utilizzando enzimi in flusso.

Le reazioni riducono i rifiuti ambientali, sono autosufficienti e producono qualità superiori del prodotto finale.

Enzimi in flusso, come usato come una serie di "colonne" piene di enzimi immobilizzati e una soluzione di supporto, fa fluire i reagenti e i prodotti fuori con velocità di reazione molto più veloci rispetto alle normali reazioni batch.

Dottor Paradiso, Professore Associato in Biocatalisi e Ingegneria Enzimatica presso la Scuola di Chimica, ha spiegato che l'acqua viene spesso utilizzata come mezzo in cui possono verificarsi reazioni chimiche mediate da enzimi, ma c'è un problema nello smaltimento dei rifiuti alla fine del processo.

Disse:"La tua acqua ora è alquanto contaminata da molecole chimiche che derivano dalla complessa trasformazione avvenuta, quindi versarlo nello scarico non è ecologico. Trattare con acqua contaminata può essere molto costoso.

"Con il ciclo che abbiamo creato l'acqua viene riciclata, i sottoprodotti generati vengono continuamente rimossi e recuperati attraverso il processo, e l'acqua pulita viene nuovamente utilizzata come vettore per i reagenti nella reazione."

La catena di reazioni è stata creata in un ciclo che si autoalimenta e significa che vengono creati prodotti, purificato, e isolato senza la necessità di intervento manuale in ogni fase del processo.

"Immagina di avere un rubinetto che, nel suo corso d'acqua, produce prodotto di pregio tra quelli di minor pregio. Immagina di avere un setaccio che filtra il prodotto che desideri", ha detto il dottor Paradisi.

"Allora immagina se questo rubinetto potesse essere montato su una fontana per il riciclaggio dell'acqua, ora sai che l'acqua e i prodotti meno pregiati (che sono comunque preziosi) non si perdono mai, agiscono solo come trasportatori di preziose molecole.

"Questo non solo aumenta l'efficienza e fa risparmiare tempo, crea un sistema a rifiuti zero. Abbiamo anche scoperto che lavorare in questo modo significava che i rendimenti di alcuni prodotti di alto valore "difficili da realizzare" erano anche molto più alti rispetto alle reazioni chimiche tradizionali, di oltre 20 volte".

Nella ricerca, che è stato finanziato attraverso una sovvenzione del Biotechnology and Biological Sciences Research Council, la coppia usava ammine prodotte naturalmente nel corpo come la dopamina, triptamina e istamine. Hanno quindi utilizzato il ciclo di reazioni per convertirli in alcoli come il 4-idrossitirosolo che è un antiossidante e in genere più difficile da produrre.

Il dottor Paradisi ha detto:"Questi alcoli sono molto ricercati nella creazione di prodotti farmaceutici, additivi del cibo, per creare profumi e aromi e sono difficili e molto costosi da produrre. Le strategie chimiche tradizionali possono richiedere fino a due settimane per produrre una resa del 5-13% per la molecola più impegnativa. Abbiamo scoperto che possiamo produrre circa il 70% in 45 minuti".

E la ricerca non si limita agli alcoli poiché il processo può essere trasferito per creare altri prodotti.

"Le possibilità per questo sono enormi, si tratta solo dell'applicazione giusta", ha aggiunto il dottor Paradisi. "Possiamo prendere qualsiasi molecola di interesse e vedere se possiamo sezionarla passo dopo passo, pensando quale enzima potrebbe catalizzare la reazione inversa, fino ad arrivare a un semplice materiale di partenza. Possiamo quindi assemblare gli enzimi in sequenza, proprio come creare un bio-sistema artificiale in cui il primo prodotto è il substrato del successivo passaggio enzimatico, fino al raggiungimento della molecola finale. A differenza di un sistema biologico, questa fabbrica enzimatica ex vivo è molto più robusta, possiamo aumentare drasticamente la quantità di enzima responsabile di ogni passaggio (perché non è mai perso, è contenuto nel reattore), mettere a punto la velocità relativa di ciascuna reazione, per conversioni molto veloci.

"Non dobbiamo preoccuparci dell'integrità della cellula, o la potenziale tossicità della/e molecola/e per il sistema biologico. Il flusso significa effettivamente che se ogni passaggio è ottimizzato, possiamo trattare ogni parte della cascata come un'entità separata. Finalmente, riportando le acque reflue all'inizio, che trasportano alcuni dei componenti ausiliari necessari agli enzimi per funzionare, aumentiamo esponenzialmente la produttività del sistema. Questo è un nuovo modo di lavorare con gli enzimi che non è mai stato fatto prima".