A volte gli enzimi potenzialmente utili non sono facili da scoprire perché le loro capacità biocatalitiche possono andare oltre il loro raggio d'azione naturale e quindi noto. Ricombinando una capacità enzimatica appena scoperta, un gruppo di ricerca dell'Istituto Max Planck per la microbiologia terrestre guidato da Tobias Erb ha creato un modo "verde" per produrre acido mandelico.

La sintesi chimica è molto potente, ma ha un costo elevato:composti tossici, rischi ambientali, dipendenza da risorse non rinnovabili. La sintesi chimica dell'acido mandelico non fa eccezione. È un'importante sostanza chimica fine, utilizzato nei cosmetici e come elemento costitutivo di farmaci e aromi, ma la sua sintesi si basa sull'uso del cianuro, un potente veleno.

microbi, in contrasto, può impiegare enzimi e produrre in modo sostenibile sostanze chimiche preziose da substrati molto economici, in un processo chiamato fermentazione. L'umanità ha beneficiato della loro esperienza per millenni, dalla produzione di yogurt e birra nei tempi antichi alla produzione ricombinante di insulina oggi. Però, la maggior parte dei microrganismi presenti in natura non possono essere coltivati ​​in laboratorio o non producono il composto desiderato. La biologia sintetica ha quindi un ruolo chiave da svolgere nello sfruttamento del potenziale fermentativo per quanto riguarda l'attuazione di processi "verdi" nell'industria chimica.

Nuove combinazioni di enzimi noti

A volte gli enzimi potenzialmente utili non sono facili da riconoscere perché la loro capacità enzimatica è al di là della loro funzione naturale. Un gruppo di ricerca guidato da Tobias Erb ha ora trovato un metodo per la produzione verde di acido mandelico. Si basa su un'attività recentemente identificata dell'enzima ossalil-CoA decarbossilasi (OXC). In natura, questo enzima svolge un ruolo importante nella degradazione dell'ossalato di calcio, quale, se si accumula nel corpo, può causare problemi di salute come calcoli renali. Hanno scoperto che l'enzima non solo degrada l'ossalato, ma può anche creare un nuovo legame tra due atomi di carbonio.

Durante la reazione, OXC produce una forma altamente attiva di acido formico, il principale costituente del veleno delle formiche. OXC condensa questo intermedio attivato con un'aldeide, un'altra molecola molto reattiva. Gli scienziati hanno migliorato l'enzima mediante mutazioni chirurgiche e lo hanno combinato con altri due enzimi. Così facendo, hanno creato una cascata in tre fasi che converte i materiali di partenza economici e sicuri acido ossalico e benzaldeide in acido mandelico in condizioni blande. Per di più, sono stati in grado di sintetizzare un'ampia gamma di derivati ​​dell'acido mandelico, che può essere molto utile nella progettazione di nuovi farmaci.

L'uso dei biocatalizzatori nella biologia sintetica

Finora, il metodo si basa su enzimi purificati. L'introduzione dei tre enzimi in un microbo o in un sistema sintetico potrebbe alla fine consentire un processo di fermentazione ambientalmente sostenibile degli acidi mandelici e dei suoi derivati. In un contesto più ampio, i risultati sottolineano il vasto potenziale catalitico degli enzimi e dimostrano che enzimi ben noti possono avere nuovi, attività molto utili. Infatti, le funzioni enzimatiche che conosciamo finora sono probabilmente solo la punta dell'iceberg. Esplorare l'intero potenziale di questi versatili biocatalizzatori renderà la sintesi enzimatica un'alternativa sempre più potente alla sintesi chimica.