Sfruttare le conoscenze chimiche della natura per una produzione industriale più verde

La società moderna ha bisogno dei prodotti chimici industriali per mantenere la sua qualità della vita e le sue attività economiche. La procedura tradizionale per trasformare le materie prime in tutto il resto, dai prodotti farmaceutici alla plastica, richiede normalmente molta energia e comporta alte temperature, il che la rende spesso inefficiente. Inoltre, i processi usano sostanze pericolose (come sostanze chimiche corrosive e metalli tossici) e generano rifiuti pericolosi.

Eppure la natura svolge regolarmente trasformazioni chimiche in modo efficiente e sostenibile. Gli enzimi, in quanto catalizzatori naturali, permettono agli organismi fotosintetici (come le piante) di trasformare il CO2 catturato in zuccheri, i quali sono poi usati come elementi costitutivi ed energizzanti per vari prodotti e processi. Il punto di partenza per il progetto CARBAZYMES, finanziato dall’UE, era studiare il modo migliore per sfruttare l’abilità della natura per una produzione veloce, precisa ed efficiente in condizioni di reazione leggere per riuscire a ottenere una “chimica verde”.

Colmare la “Valle della Morte” dal laboratorio alla produzione industriale su larga scala

Nel suo impegno per innovare la formazione del legame biocatalitico carbonio-carbonio su larga scala, fondamentale per la sintesi organica industriale, CARBAZYMES doveva prima superare alcuni ostacoli. Principalmente, trovare una biblioteca di enzimi forti per soddisfare una serie di reazioni e fare i conti con lunghe sequenze temporali di sviluppo.

Il team ha fatto progressi significativi progettando strumenti avanzati per identificare e sviluppare un ampio gruppo di enzimi in grado di formare il legame C-C con proprietà migliorate più adatti a processi industriali sostenibili. CARBAZYMES sta sviluppando la sintesi biocatalitica di diversi composti, attraverso una gamma di quattro prodotti di chimica fine e tre prodotti chimici di base, identificati come adatti a soddisfare le esigenze del mercato. Il progetto ha creato anche strumenti bioinformatici di estrazione dei dati, test per analisi di reazione ad alto volume di produzione, modellizzazione della struttura della proteina e protocolli veloci per mutagenesi e stabilizzazione degli enzimi. È stata creata anche una tecnologia di microreattore per la caratterizzazione del bioprocesso e l’ingegneria avanzata della reazione.

Finora il progetto ha già messo insieme una biblioteca di enzimi promettenti e ha testato le loro reazioni per verificarne l’adeguatezza catalitica. Questa fase includeva quello che il progetto descrive come “enzimi mutanti” con proprietà migliorate tramite evoluzione in vitro e screening ad alto volume di produzione. In effetti, il prof. Wolf-Dieter Fessner, coordinatore del progetto, Ha recentemente rivelato in un’intervista che un collega aveva già scoperto un enzima e sviluppato un catalizzatore, che si avvicinava alle esigenze industriali.

Come ricorda, “Anche io, con tutta la mia esperienza, pensavo che questo fosse veramente difficile a causa dell’alta reattività degli ingredienti. Abbiamo già fatto richiesta per un brevetto, il che è già un risultato importante, credo, visto che il progetto è cominciato da poco. Per me questo è davvero formidabile!”

Il dono della biotecnologia

Le innovazioni del legame C-C su larga scala per gli enzimi catalizzatori naturali sviluppate da CARBAZYMES possono portare molti benefici. A livello economico questo contribuirà a migliori efficienze di produzione con la possibilità di sviluppare strutture su larga scala per i partner industriali. Genererà anche nuova proprietà intellettuale e contribuirà stimolare la crescita del mercato del lavoro. Tutto rendendo allo stesso tempo l’industria chimica europea più competitiva, in un mercato che vale miliardi di euro.

I biocatalizzatori che deriveranno da queste attività forniranno anche opportunità per la sintesi di molti altri prodotti di valore, con grandi potenzialità per ridurre le emissioni, il consumo di energia e i rifiuti tossici. Come spiega il prof. Fessner, “Bisogna ricordarsi che i prodotti chimici di base sono prodotti in miliardi di tonnellate e che se tali processi possono essere modificati per essere più rispettosi dell’ambiente, questo avrà sicuramente un impatto sul nostro pianeta. E questo è solo l’inizio.” Il progetto prevede anche di essere in grado di riciclare i prodotti di scarto organici in componenti per l’industria chimica.

Per maggiori informazioni, consultare:
Sito web del progetto