Expertos de la Universidad de Nottingham han creado un circuito de reacciones autosostenible que es un método de producción química más ecológico y eficiente.

En su artículo, la conversión autosostenida de aminas en alcoholes mediada por multienzimas de circuito cerrado en reacciones continuas, publicado en Catálisis de la naturaleza , Los doctores Francesca Paradisi y Martina Contente de la Universidad de Nottingham producen químicos de manera más eficiente a través de un conjunto de reacciones en bucle que utilizan enzimas en flujo.

Las reacciones reducen el desperdicio ambiental, son autosuficientes y producen mejores calidades del producto final.

Enzimas en flujo como se utiliza como una serie de 'columnas' llenas de enzimas inmovilizadas y una solución portadora, hace fluir los reactivos hacia adentro y los productos hacia afuera con velocidades de reacción mucho más rápidas que en las reacciones por lotes normales.

Dr. Paradisi, Profesor Asociado de Biocatálisis e Ingeniería Enzimática en la Facultad de Química, explicó que el agua se usa a menudo como el medio en el que pueden tener lugar las reacciones químicas mediadas por enzimas, pero existe un problema en la eliminación de los desechos al final del proceso.

Ella dijo:"Su agua está ahora algo contaminada con moléculas químicas que se derivan de la compleja transformación que ha tenido lugar, por lo que verterlo por el desagüe no es ecológico. Tratar con agua contaminada puede resultar muy caro.

"Con el bucle que hemos creado se recicla el agua, los subproductos generados se eliminan y recuperan continuamente a través del proceso, y el agua limpia se usa nuevamente como vehículo para los reactivos en la reacción ".

La cadena de reacciones se ha creado en un bucle que se perpetúa a sí mismo y significa que se crean productos, purificado y aislado sin necesidad de intervención manual en cada paso del proceso.

"Imagina que tienes un grifo que, en su corriente de agua, produce un producto valioso entre los menos valiosos. Imagina que tienes un colador que filtra el producto que quieres ", dijo el Dr. Paradisi.

"Entonces imagina si este grifo pudiera montarse en una fuente de reciclaje de agua, ahora sabes que el agua y los productos menos valiosos (que aún son valiosos) nunca se pierden, simplemente actúan como portadores de moléculas valiosas.

"Esto no solo aumenta la eficiencia y ahorra tiempo, crea un sistema de desperdicio cero. También descubrimos que trabajar de esta manera significaba que los rendimientos de algunos productos de alto valor "difíciles de hacer" también eran mucho más altos que los de las reacciones químicas tradicionales:más de 20 veces ".

En la investigación, que fue financiado a través de una subvención del Consejo de Investigación en Biotecnología y Ciencias Biológicas, la pareja usó aminas producidas naturalmente en el cuerpo como la dopamina, triptamina e histaminas. Luego utilizaron el ciclo de reacciones para convertirlos en alcoholes como el 4-hidroxitirosol, que es un antioxidante y, por lo general, más difícil de producir.

El Dr. Paradisi dijo:"Estos alcoholes son muy buscados en la creación de productos farmacéuticos, aditivos alimentarios, para crear perfumes y aromas y son difíciles y muy costosos de producir. Las estrategias químicas tradicionales pueden requerir hasta dos semanas para producir un rendimiento del 5 al 13 por ciento para la molécula más desafiante. Hemos descubierto que podemos producir alrededor del 70 por ciento en 45 minutos ".

Y la investigación no se limita a los alcoholes, ya que el proceso se puede transferir para crear otros productos.

"Las posibilidades para esto son enormes, se trata de la aplicación adecuada", añadió el Dr. Paradisi. "Podemos tomar cualquier molécula de interés y ver si podemos diseccionarla paso a paso, pensando qué enzima podría catalizar la reacción a la inversa, hasta llegar a un material de partida sencillo. Luego podemos ensamblar las enzimas en secuencia, muy parecido a crear un biosistema artificial donde el primer producto es el sustrato del siguiente paso enzimático, hasta que se logre la molécula final. A diferencia de un sistema biológico, esta fábrica enzimática ex vivo es mucho más robusta, podemos aumentar drásticamente la cantidad de enzima responsable de cada paso (porque nunca se pierde, está contenido en el reactor), ajustar la velocidad relativa de cada reacción, para conversiones muy rápidas.

"No tenemos que preocuparnos por la integridad de la celda, o la toxicidad potencial de la (s) molécula (s) para el sistema biológico. El flujo significa efectivamente que si se optimiza cada paso, podemos tratar cada parte de la cascada como una entidad separada. Finalmente, devolviendo las aguas residuales al principio, llevar algunos de los componentes auxiliares que necesitan las enzimas para funcionar, aumentamos exponencialmente la productividad del sistema. Esta es una nueva forma de trabajar con enzimas que nunca antes se había hecho ".