Como biocatalisadores, as enzimas podem tornar muitos processos químicos mais “verdes” e abrir oportunidades promissoras para diversas indústrias, desde farmacêutica até tecnologia ambiental. Novos métodos analíticos, o enorme aumento nos volumes de dados e a aprendizagem automática ajudaram a impulsionar o desenvolvimento da biocatálise.



Uma publicação na revista Science , coordenado pelo Prof. Uwe Bornscheuer da Universidade de Greifswald (DE) e pela Prof. Rebecca Buller do ZHAW (CH), resume os desenvolvimentos em biocatálise.

As enzimas têm sido usadas na biocatálise para produzir antibióticos semissintéticos, vários blocos de construção para ingredientes farmacêuticos ativos e produtos químicos básicos, como a acrilamida para polímeros, há décadas.

A biocatálise pode tornar os processos químicos mais eficientes, específicos e economizadores de energia e, num contexto de escassez de energia e de alterações climáticas, é um farol de esperança para o desenvolvimento de uma química mais verde e de uma economia circular abrangente.

Nos últimos cinco anos, foram feitos progressos inovadores e inovadores neste domínio:Os principais avanços foram, por exemplo, o desenvolvimento de novas ferramentas de bioinformática, como a aprendizagem automática, que facilitam a concepção personalizada de biocatalisadores, ou a possibilidade de equipar enzimas com a capacidade de realizar novas reações químicas não conhecidas na natureza. Também é possível sintetizar moléculas complexas, como o amido, a partir do dióxido de carbono, gás com efeito de estufa, através da combinação inteligente de enzimas.

As enzimas naturais são adaptadas à sua função metabólica através da evolução e devem, portanto, ser otimizadas para aplicações industriais utilizando métodos de engenharia de proteínas. Embora isto tenha sido feito há quase três décadas, novos métodos importantes foram desenvolvidos nos últimos cinco anos.

Não apenas o número de sequências de proteínas armazenadas em bancos de dados públicos aumentou 20 vezes, mas estruturas proteicas confiáveis ​​agora também podem ser geradas automaticamente e usadas em conjunto com métodos de aprendizado de máquina para adaptar rapidamente os biocatalisadores aos requisitos de um processo industrial.

Como resultado, é agora possível utilizar a biocatálise para produzir moléculas de medicamentos altamente complexos, tais como o islatravir para o tratamento da SIDA ou oligonucleótidos terapêuticos. O primeiro autor da Ciência artigo, a Profa Dra. Rebecca Buller, observa que o uso de enzimas está se tornando uma realidade em um número cada vez maior de áreas. "O rápido desenvolvimento de métodos bioinformáticos e de biologia molecular está tornando possível a síntese biocatalítica de produtos cada vez mais complexos, também ensinando às enzimas truques completamente novos."

Enzima para quebrar o plástico graças à engenharia de proteínas

A eliminação de resíduos plásticos é outro problema global que pode ser resolvido com a ajuda da biocatálise. Em 2020, por exemplo, métodos de engenharia de proteínas descreveram uma esterase altamente eficiente que agora pode ser usada para reciclar plástico PET em escala industrial.

“Os métodos de engenharia enzimática de última geração resumidos em nossa análise devem, portanto, tornar possível estabelecer processos de reciclagem eficientes para outros plásticos em um futuro próximo”, diz o Prof.

O artigo de revisão, escrito em colaboração com uma equipe internacional de autores, resume os desenvolvimentos mais importantes em biocatálise na última década, que ilustra com exemplos de aplicação impressionantes. Também arrisca um olhar sobre o futuro deste campo inovador de pesquisa.

Além da combinação de processos de catálise química e enzimática, os autores também veem campos de aplicação completamente novos para enzimas, por exemplo na produção de terapias de RNA, em terapia genética e outras contribuições inovadoras para a conservação de recursos e proteção climática.

Mais informações: R. Buller et al, Da natureza à indústria:Aproveitando enzimas para biocatálise, Ciência (2023). DOI:10.1126/science.adh8615
Informações do diário: Ciência

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