Il professor Arne Skerra dell'Università tecnica di Monaco (TUM) è riuscito per la prima volta a utilizzare la CO2 gassosa come materiale di base per la produzione di un prodotto chimico di massa in una reazione biotecnica. Il prodotto è metionina, che viene utilizzato come amminoacido essenziale, in particolare nell'alimentazione animale, su larga scala. Questo processo enzimatico di nuova concezione potrebbe sostituire la sua attuale produzione petrolchimica. I risultati sono stati ora pubblicati sulla rivista Catalisi della natura .

La produzione industriale di metionina da materiali di origine petrolchimica viene attualmente effettuata tramite un processo chimico in sei fasi che richiede acido cianidrico altamente tossico, tra gli altri substrati. Nel 2013, Evonik Industries, uno dei maggiori produttori mondiali di metionina, ha invitato i ricercatori universitari a proporre nuovi processi per rendere la sostanza più sicura da produrre. metionale, che si trova in natura come prodotto di degradazione della metionina, si forma come un facile intermedio durante il processo convenzionale.

"Basato sull'idea che la metionina nei microrganismi viene degradata dagli enzimi a metionale con il rilascio di CO2, abbiamo cercato di invertire questo processo, " spiega il professor Arne Skerra del Dipartimento di Chimica Biologica del TUM, "perché ogni reazione chimica è in linea di principio reversibile, mentre spesso solo con l'uso estensivo di energia e pressione." Skerra ha partecipato al bando con questa idea, ed Evonik ha assegnato il concetto e sostenuto il progetto.

Supportato dal ricercatore post-dottorato Lukas Eisoldt, Skerra iniziò a determinare i parametri per il processo di fabbricazione e per la produzione dei necessari biocatalizzatori (enzimi). Gli scienziati hanno condotto esperimenti iniziali e determinato la pressione di CO2 necessaria per produrre metionina dal metionale in un processo biocatalitico. Sorprendentemente, una resa inaspettatamente elevata risultava anche a una pressione relativamente bassa, approssimativamente corrispondente a quella di un pneumatico per auto di circa due bar. Sulla base dei risultati ottenuti dopo un solo anno, Evonik ha esteso il finanziamento, e ora la squadra, rafforzato dal dottorato studentessa Julia Martin, ha studiato il background biochimico della reazione e ottimizzato gli enzimi coinvolti utilizzando l'ingegneria proteica.

Più efficiente della fotosintesi

Dopo diversi anni di lavoro, non solo è stato possibile migliorare la reazione su scala di laboratorio fino a una resa del 40%, ma anche per chiarire il background teorico dei processi biochimici. "Rispetto alla complessa fotosintesi, in cui la natura incorpora anche biocataliticamente la CO2 nelle biomolecole come elemento costitutivo, il nostro processo è molto elegante e semplice, " riferisce Arne Skerra. "La fotosintesi utilizza 14 enzimi e ha una resa di solo il 20 percento, mentre il nostro metodo richiede solo due enzimi."

Nel futuro, il principio di base di questa nuova reazione biocatalitica può servire da modello per la produzione industriale di altri preziosi amminoacidi o precursori per i prodotti farmaceutici. Nel frattempo, Il team del professor Skerra perfezionerà il processo, che è stato brevettato, utilizzando l'ingegneria delle proteine ​​in modo che diventi adatto per applicazioni su larga scala.

Questa potrebbe essere la prima volta che esiste un processo di produzione biotecnologico che utilizza la CO2 gassosa come precursore chimico immediato. Fino ad ora, tentativi di riciclare i gas serra, che è uno dei principali responsabili del cambiamento climatico, hanno fallito a causa dell'energia estremamente elevata richiesta per farlo.