Às vezes, enzimas potencialmente úteis não são fáceis de descobrir porque suas capacidades biocatalíticas podem ir além de sua gama de ação natural e, portanto, conhecida. Ao recombinar uma capacidade enzimática recém-descoberta, uma equipe de pesquisa do Instituto Max Planck de Microbiologia Terrestre liderada por Tobias Erb criou uma forma "verde" de produzir ácido mandélico.

A síntese química é muito poderosa, mas tem um custo alto:compostos tóxicos, perigos ambientais, dependência de recursos não renováveis. A síntese química do ácido mandélico não é exceção. É um produto químico fino importante, usado em cosméticos e como bloco de construção para drogas e sabores, mas sua síntese depende do uso de cianeto, um veneno poderoso.

Micróbios, em contraste, pode empregar enzimas e produzir produtos químicos valiosos de forma sustentável a partir de substratos muito baratos, em um processo chamado fermentação. A humanidade tem se beneficiado de sua experiência por milênios, desde fazer iogurte e cerveja cerveja nos tempos antigos à produção recombinante de insulina hoje. Contudo, a maioria dos microrganismos encontrados na natureza não podem ser cultivados em laboratório ou não produzem o composto desejado. A biologia sintética, portanto, tem um papel fundamental a desempenhar na exploração do potencial fermentativo no que diz respeito à implementação de processos "verdes" na indústria química.

Novas combinações de enzimas conhecidas

Às vezes, enzimas potencialmente úteis não são fáceis de reconhecer porque sua capacidade enzimática está além de sua função natural. Uma equipe de pesquisa liderada por Tobias Erb encontrou agora um método para a produção verde de ácido mandélico. Ele se baseia em uma atividade recentemente identificada da enzima oxalil-CoA descarboxilase (OXC). Na natureza, esta enzima desempenha um papel importante na degradação do oxalato de cálcio, que, se acumulando no corpo, pode causar problemas de saúde, como pedras nos rins. Eles descobriram que a enzima não apenas degrada o oxalato, mas também pode criar uma nova ligação entre dois átomos de carbono.

Durante a reação, OXC produz uma forma altamente ativa de ácido fórmico - o principal constituinte do veneno das formigas. OXC condensa este intermediário ativado com um aldeído, outra molécula muito reativa. Os cientistas melhoraram a enzima por meio de mutações cirúrgicas e a combinaram com duas outras enzimas. Ao fazer isso, eles criaram uma cascata de três etapas que converte os materiais de partida baratos e seguros ácido oxálico e benzaldeído em ácido mandélico sob condições moderadas. Além disso, eles foram capazes de sintetizar uma ampla gama de derivados do ácido mandélico, o que pode ser muito útil no desenvolvimento de novos medicamentos.

O uso de biocatalisadores em biologia sintética

Até aqui, o método depende de enzimas purificadas. A introdução das três enzimas em um micróbio ou sistema sintético poderia eventualmente permitir um processo de fermentação ambientalmente sustentável de ácidos mandélicos e seus derivados. Em um contexto mais amplo, as descobertas ressaltam o vasto potencial catalítico das enzimas e demonstram que enzimas bem conhecidas podem ter novidades, atividades muito úteis. Na verdade, as funções enzimáticas que conhecemos até agora são provavelmente apenas a ponta do iceberg. Explorar todo o potencial desses biocatalisadores versáteis tornará a síntese enzimática uma alternativa cada vez mais poderosa à síntese química.