Ibland är potentiellt användbara enzymer inte lätta att upptäcka eftersom deras biokatalytiska kapacitet kan gå utöver deras naturliga och därmed kända verkningsområden. Genom att kombinera en nyupptäckt enzymatisk förmåga, ett forskarlag från Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology ledd av Tobias Erb skapade ett "grönt" sätt att producera mandelsyra.

Kemisk syntes är mycket kraftfull, men det kommer till en hög kostnad:giftiga föreningar, miljöfaror, beroende av icke-förnybara resurser. Den kemiska syntesen för mandelsyra är inget undantag. Det är en viktig finkemikalie, används i kosmetika och som byggsten för droger och smaker, men dess syntes är beroende av användningen av cyanid, ett kraftfullt gift.

Mikrober, i kontrast, kan använda enzymer och på ett hållbart sätt producera värdefulla kemikalier från mycket billiga substrat, i en process som kallas jäsning. Mänskligheten har dragit nytta av sin expertis i årtusenden, från att göra yoghurt och brygga öl i antiken till rekombinant produktion av insulin idag. Dock, de flesta mikroorganismer som finns i naturen kan inte odlas i laboratoriet eller så producerar de inte den önskade föreningen. Syntetisk biologi har därför en nyckelroll att spela för att utnyttja den jäsande potentialen när det gäller implementeringen av "gröna" processer i den kemiska industrin.

Nya kombinationer av välkända enzymer

Ibland är potentiellt användbara enzymer inte lätta att känna igen eftersom deras enzymatiska kapacitet är bortom deras naturliga funktion. En forskargrupp ledd av Tobias Erb har nu hittat en metod för grön framställning av mandelsyra. Den förlitar sig på en nyligen identifierad aktivitet av enzymet oxalyl-CoA-dekarboxylas (OXC). I naturen, detta enzym spelar en viktig roll vid nedbrytning av kalciumoxalat, som, om det ackumuleras i kroppen, kan orsaka hälsoproblem som njursten. De fick reda på att enzymet inte bara bryter ned oxalat utan också kan skapa en ny bindning mellan två kolatomer.

Under reaktionen, OXC producerar en mycket aktiv form av myrsyra - huvudbeståndsdelen i myrgift. OXC kondenserar denna aktiverade intermediär med en aldehyd, en annan mycket reaktiv molekyl. Forskarna förbättrade enzymet genom kirurgiska mutationer och kombinerade det med två andra enzymer. Genom att göra så, de skapade en trestegskaskad som omvandlar de billiga och säkra utgångsmaterialen oxalsyra och bensaldehyd till mandelsyra under milda förhållanden. Vidare, de kunde syntetisera ett brett spektrum av mandelsyraderivat, vilket kan vara mycket användbart vid utformning av nya läkemedel.

Användningen av biokatalysatorer i syntetisk biologi

Än så länge, Metoden bygger på renade enzymer. Att introducera de tre enzymerna i en mikrob eller ett syntetiskt system skulle så småningom möjliggöra en miljömässigt hållbar fermenteringsprocess av mandelsyror och dess derivat. I ett bredare sammanhang, fynden understryker den enorma katalytiska potentialen hos enzymer och visar att välkända enzymer kan ha nya, mycket användbara aktiviteter. Faktiskt, de enzymfunktioner vi känner till hittills är sannolikt bara toppen av isberget. Att utforska den fulla potentialen hos dessa mångsidiga biokatalysatorer kommer att göra enzymatisk syntes till ett allt kraftfullare alternativ till kemisk syntes.