A veces, las enzimas potencialmente útiles no son fáciles de descubrir porque sus capacidades biocatalíticas pueden ir más allá de su rango de acción natural y, por lo tanto, conocido. Al recombinar una capacidad enzimática recientemente descubierta, un equipo de investigación del Instituto Max Planck de Microbiología Terrestre dirigido por Tobias Erb creó una forma "verde" de producir ácido mandélico.

La síntesis química es muy poderosa, pero tiene un alto costo:compuestos tóxicos, peligros ambientales, dependencia de recursos no renovables. La síntesis química del ácido mandélico no es una excepción. Es una sustancia química fina importante, utilizado en cosmética y como componente básico de fármacos y sabores, pero su síntesis se basa en el uso de cianuro, un veneno poderoso.

Microbios a diferencia de, puede emplear enzimas y producir de forma sostenible sustancias químicas valiosas a partir de sustratos muy baratos, en un proceso llamado fermentación. La humanidad se ha beneficiado de su experiencia durante milenios, desde la elaboración de yogur y cerveza en la antigüedad hasta la producción recombinante de insulina en la actualidad. Sin embargo, la mayoría de los microorganismos que se encuentran en la naturaleza no se pueden cultivar en el laboratorio o no producen el compuesto deseado. Por lo tanto, la biología sintética tiene un papel clave que desempeñar en la explotación del potencial fermentativo con respecto a la implementación de procesos "verdes" en la industria química.

Nuevas combinaciones de enzimas conocidas

A veces, las enzimas potencialmente útiles no son fáciles de reconocer porque su capacidad enzimática está más allá de su función natural. Un equipo de investigación dirigido por Tobias Erb ha encontrado un método para la producción verde de ácido mandélico. Se basa en una actividad recientemente identificada de la enzima oxalil-CoA descarboxilasa (OXC). En naturaleza, esta enzima juega un papel importante en la degradación del oxalato de calcio, cuales, si se acumula en el cuerpo, puede causar problemas de salud como cálculos renales. Descubrieron que la enzima no solo degrada el oxalato, sino que también puede crear un nuevo enlace entre dos átomos de carbono.

Durante la reacción, OXC produce una forma muy activa de ácido fórmico, el componente principal del veneno de hormigas. OXC condensa este intermedio activado con un aldehído, otra molécula muy reactiva. Los científicos mejoraron la enzima mediante mutaciones quirúrgicas y la combinaron con otras dos enzimas. Al hacerlo, crearon una cascada de tres pasos que convierte los materiales de partida baratos y seguros, ácido oxálico y benzaldehído, en ácido mandélico en condiciones suaves. Es más, pudieron sintetizar una amplia gama de derivados del ácido mandélico, que puede resultar de gran utilidad en el diseño de nuevos fármacos.

El uso de biocatalizadores en biología sintética.

Hasta aquí, el método se basa en enzimas purificadas. La introducción de las tres enzimas en un sistema microbio o sintético podría eventualmente permitir un proceso de fermentación ambientalmente sostenible de ácidos mandélicos y sus derivados. En un contexto más amplio, Los hallazgos subrayan el vasto potencial catalítico de las enzimas y demuestran que las enzimas conocidas pueden tener nuevos, actividades muy útiles. De hecho, es probable que las funciones enzimáticas que conocemos hasta ahora sean solo la punta del iceberg. Explorar todo el potencial de estos biocatalizadores versátiles hará que la síntesis enzimática sea una alternativa cada vez más poderosa a la síntesis química.