El profesor Arne Skerra de la Universidad Técnica de Munich (TUM) ha logrado por primera vez utilizar CO2 gaseoso como material básico para la producción de un producto químico en masa en una reacción biotécnica. El producto es metionina, que se utiliza como aminoácido esencial, particularmente en la alimentación animal, a gran escala. Este proceso enzimático desarrollado recientemente podría reemplazar su producción petroquímica actual. Los resultados ya se han publicado en la revista. Catálisis de la naturaleza .

La producción industrial de metionina a partir de materiales de origen petroquímico se realiza actualmente mediante un proceso químico de seis pasos que requiere cianuro de hidrógeno altamente tóxico. entre otros sustratos. En 2013, Industrias Evonik, uno de los mayores fabricantes de metionina del mundo, invitó a investigadores universitarios a proponer nuevos procesos para hacer que la sustancia sea más segura de producir. Methional, que se presenta en la naturaleza como un producto de degradación de la metionina, se forma como un intermedio fácil durante el proceso convencional.

"Basado en la idea de que la metionina en los microorganismos es degradada por las enzimas a metionina con la liberación de CO2, intentamos revertir este proceso, "explica el profesor Arne Skerra del Departamento de Química Biológica de TUM, "porque toda reacción química es, en principio, reversible, aunque a menudo solo con el uso extensivo de energía y presión ". Skerra participó en la convocatoria de propuestas con esta idea, y Evonik premió el concepto y apoyó el proyecto.

Con el apoyo del investigador postdoctoral Lukas Eisoldt, Skerra comenzó a determinar los parámetros para el proceso de fabricación y para producir los biocatalizadores (enzimas) necesarios. Los científicos llevaron a cabo experimentos iniciales y determinaron la presión de CO2 que se necesitaría para producir metionina a partir de metionina en un proceso biocatalítico. Asombrosamente, un rendimiento inesperadamente alto resultó incluso a una presión relativamente baja, que corresponde aproximadamente al de un neumático de automóvil de aproximadamente dos bares. Según los logros obtenidos después de solo un año, Evonik extendió la financiación, y ahora el equipo, reforzado por el Ph.D. estudiante julia martin, investigó los antecedentes bioquímicos de la reacción y optimizó las enzimas involucradas utilizando ingeniería de proteínas.

Más eficiente que la fotosíntesis

Después de varios años de trabajo, no solo fue posible mejorar la reacción a escala de laboratorio hasta un rendimiento del 40 por ciento, sino también para dilucidar los antecedentes teóricos de los procesos bioquímicos. "En comparación con la fotosíntesis compleja, en el que la naturaleza también incorpora biocatalíticamente CO2 en biomoléculas como un bloque de construcción, nuestro proceso es muy elegante y sencillo, "informa Arne Skerra." La fotosíntesis utiliza 14 enzimas y tiene un rendimiento de solo el 20 por ciento, mientras que nuestro método requiere sólo dos enzimas ".

En el futuro, el principio básico de esta nueva reacción biocatalítica puede servir como modelo para la producción industrial de otros aminoácidos valiosos o precursores de productos farmacéuticos. Mientras tanto, El equipo del profesor Skerra perfeccionará el proceso, que ha sido patentado, utilizando ingeniería de proteínas para que sea adecuado para aplicaciones a gran escala.

Esta podría ser la primera vez que existe un proceso de fabricación biotecnológica que utiliza CO2 gaseoso como precursor químico inmediato. Hasta ahora, intenta reciclar el gas de efecto invernadero, que es uno de los principales contribuyentes al cambio climático, han fallado debido a la energía extremadamente alta requerida para hacerlo.