Investigadores del Centro de Innovación Avanzada en Bioenergía y Bioproductos (CABBI) han logrado un avance significativo que podría conducir a agroquímicos y productos cotidianos mejores y más ecológicos.
Utilizando un proceso que combina enzimas naturales y luz, un equipo de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign ha desarrollado una forma respetuosa con el medio ambiente de fusionar flúor, un aditivo importante, en sustancias químicas llamadas olefinas, hidrocarburos utilizados en una amplia gama de productos. incluyendo detergentes. Desde combustible hasta medicamentos. Este enfoque innovador ofrece una nueva estrategia viable para producir productos químicos de alto valor con aplicaciones potenciales en agroquímicos, productos farmacéuticos, combustibles renovables y más.
Investigación, publicada ciencia, Dirigido por el líder del tema de conversión de CABBI, Huimin Zhao, ingeniería química y biomolecular (ChBE), el líder del tema de diseño de biosistemas, Carl R. director del Instituto Wyss de Biología Genómica (IGB) y del Instituto NSF Molecule Maker Lab en Illinois; y el autor principal Maolin Li, CABBI, ChBE e investigador postdoctoral asociado con IGB.
Como aditivo, el flúor puede mejorar los productos químicos y medicamentos agrícolas y durar más. Su pequeño tamaño, sus propiedades electrónicas y su capacidad para disolverse fácilmente en grasas y aceites tienen un profundo efecto en la funcionalidad de las biomoléculas, aumentando su absorción, su estabilidad metabólica y sus interacciones con las proteínas. Sin embargo, añadir flúor es difícil y suele requerir procesos químicos complejos que no siempre son respetuosos con el medio ambiente.
En este estudio, los científicos utilizaron una “fotoenzima”, una enzima recombinante que funciona bajo la luz, para ayudar a introducir flúor en estos químicos. Usando luz y fotoenzimas, pudieron unir flúor a olefinas con precisión, controlando exactamente dónde y cómo se agregaba. Debido a que este método no sólo es respetuoso con el medio ambiente sino también muy específico, permite la creación de nuevos compuestos más eficaces que antes eran difíciles de crear.
Este método llena un vacío importante en la química molecular, ya que los métodos anteriores de agregar flúor eran limitados e ineficaces. Esto abre nuevas posibilidades para fabricar mejores medicamentos y productos agrícolas, ya que los compuestos fluorados suelen ser más eficaces, estables y duraderos que sus homólogos no fluorados. Eso significa que los fertilizantes y herbicidas pueden ser más eficaces para proteger los cultivos, y los medicamentos pueden ser más fuertes o tener menos efectos secundarios.
“Este avance representa un cambio significativo en la forma en que abordamos la síntesis de compuestos fluorados, importantes en numerosas aplicaciones, desde la medicina hasta la agricultura”, dijo Zhao. “Utilizando el poder de las enzimas activadas por la luz, hemos desarrollado un método que mejora la eficiencia de estas síntesis y se alinea con la sostenibilidad ambiental. Este trabajo podría allanar el camino para tecnologías nuevas y más ecológicas en la producción química, lo cual no es una victoria. No sólo para la ciencia, sino para la sociedad en general”.
La investigación avanza la misión de bioenergía de CABBI a través de enfoques innovadores de biocatálisis que pueden aumentar la producción de químicos de base biológica, aquellos derivados de recursos renovables como plantas o microorganismos en lugar de petróleo. El desarrollo de procesos bioquímicos más eficientes y respetuosos con el medio ambiente se alinea con el enfoque de CABBI en el desarrollo de soluciones bioenergéticas sostenibles que minimicen el impacto ambiental y reduzcan la dependencia de los combustibles fósiles.
También contribuye a la misión más amplia del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) de impulsar avances en bioenergía y bioproductos. Los métodos desarrollados en esta investigación podrían conducir a procesos industriales más sostenibles que consuman menos energía y reduzcan los desechos químicos y la contaminación, respaldando los objetivos del DOE en el desarrollo de tecnologías de energía limpia. La capacidad de producir eficientemente compuestos fluorados de alto valor podría conducir a mejoras en una variedad de campos, incluidas las fuentes de energía renovables y los bioproductos que apoyan el crecimiento económico y la sostenibilidad ambiental.
“Nuestra investigación abre posibilidades interesantes para el futuro del desarrollo de productos químicos agrícolas y farmacéuticos”, afirmó Lee. “Al incorporar flúor en biomoléculas mediante un proceso fotoenzimático, no sólo mejoramos las propiedades beneficiosas de estos compuestos, sino que también lo hacemos de una manera más responsable con el medio ambiente. Es apasionante pensar en las posibles aplicaciones de nuestro trabajo para crear productos más eficientes y Productos sostenibles para el uso diario.”
Los investigadores del CABBI Yuji Yuan, Wesley Harrison y ChBE de Illinois y Zhengyi Zhang del IGB fueron coautores del estudio.