Χάρη στη βιοκατάλυση με ένζυμα, μια ευρεία γκάμα φαρμακευτικών δραστικών ουσιών και σύνθετων μορίων μπορεί να συντεθεί με τρόπο φιλικό προς το περιβάλλον. Ερευνητές στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Καρλσρούης (KIT) ανέπτυξαν μια τεχνολογία που επιτρέπει τη συναρμολόγηση ενζύμων σε αποθηκεύσιμα σφαιρίδια μεγέθους χιλιοστού. Σε αυτή τη διαδικασία, τα ένζυμα δεν δρουν μόνο ως καταλύτες, αλλά αποτελούν και το ίδιο το υλικό των σφαιριδίων, ενώ μπορούν να συνδυαστούν και με ζωντανά κύτταρα.
Αυτοσυναρμολογούμενα πρωτεϊνικά δίκτυα
Στη βιοκατάλυση, τα ένζυμα επιταχύνουν τις αντιδράσεις αντικαθιστώντας τους τοξικούς χημικούς καταλύτες, εξοικονομώντας πρώτες ύλες και ενέργεια. Για την ευρεία χρήση τους στη χημική βιομηχανία, πρέπει να είναι διαθέσιμα σε μεγάλες ποσότητες, ανθεκτικά στη μεταφορά και εύκολα στη δοσολογία. Η ερευνητική ομάδα εξελίσσοντας την ιδέα των υδρογεoperator αμιγώς ενζυμικών δικτύων (AEH), εξόπλισε τα ένζυμα με συμπληρωματικά δομικά στοιχεία. Όταν αυτά ενώνονται, αυτοοργανώνονται σε τρισδιάστατα δίκτυα χωρίς την ανάγκη αδρανών υλικών στήριξης, αυξάνοντας την αποδοτικότητα.
Διαδικασία παραγωγής και ανθεκτικότητα
Τα σφαιρίδια συντίθενται σε δύο στάδια. Αρχικά, τα ενζυμικά στοιχεία αναμειγνύονται σε σταγονίδια υγρού και σταθεροποιούνται με ταχεία κατάψυξη σε υγρό άζωτο. Στη συνέχεια, η λιοφιλοποίηση παράγει μηχανικά ανθεκτικά, πορώδη σφαιρίδια πρωτεΐνης καθορισμένου μεγέθους. Τα αποξηραμένα σωματίδια μπορούν να επιστρέψουν σε υγρή μορφή και να χρησιμοποιηθούν σε βιοκαταλυτικές αντιδράσεις.
Μοντελοποιημένο σύστημα με ένζυμα και κύτταρα
Το σύστημα λειτουργεί αρθρωτά, επιτρέποντας τον συνδυασμό διαφορετικών ενζύμων ή ακόμα και κυττάρων του βακτηρίου Escherichia coli για τη δημιουργία υβριδικών σφαιριδίων. Τα κύτταρα προσφέρουν χημική ενέργεια ή ενδιάμεσα προϊόντα. Τα υβριδικά σφαιρίδια παρέμειναν καταλυτικά ενεργά μετά από τέσσερις εβδομάδες ξηρής αποθήκευσης σε θερμοκρασία δωματίου, ενώ η λειτουργικότητά τους επιβεβαιώθηκε ακόμα και μετά από πέντε μήνες.
Εφαρμογές σε φάρμακα και λεπτά χημικά
Η τεχνολογία αυτή συνδέει δύο μορφές βιοκατάλυσης που συνήθως εξετάζονται χωριστά, συνδυάζοντας μεμονωμένα ένζυμα με τις δυνατότητες των ζωντανών κυττάρων. Οι πιθανές εφαρμογές περιλαμβάνουν την παραγωγή λεπτών χημικών ουσιών, αρωματικών παραγόντων και δομικών στοιχείων για φαρμακευτικές δραστικές ουσίες.
