Hulumtuesi Postdoktoral i CABBI Maolin Li (ulur) dhe Udhëheqësi i Temës së Konvertimit Huimin Zhao punojnë në laboratorin e tyre në Institutin për Biologjinë Gjenomike Carl R. Woese në Universitetin e Illinois Urbana-Champaign. Ata drejtuan një ekip hulumtuesish që përdorën një proces fotoenzimatik për të përzier saktësisht fluorin, një shtesë e rëndësishme, në kimikate të përdorura gjerësisht të quajtura olefine. Ky metodë revolucionare ofron një strategji efikase dhe miqësore me mjedisin për krijimin e kimikateve me vlerë të lartë me aplikime potenciale në agrokimikate, farmaceutikë, karburante të rinovueshme dhe më shumë. Kredia: Qendra për Inovacion në Bioenergji dhe Bioprodukte të Avancuara (CABBI)
Hulumtuesit në Qendrën për Inovacion në Bioenergji dhe Bioprodukte të Avancuara (CABBI) kanë arritur një përparim të rëndësishëm që mund të çojë në kimikate bujqësore dhe produkte të përditshme më të mira dhe më të gjelbra.
Duke përdorur një proces që kombinon enzimat natyrore dhe dritën, ekipi nga Universiteti i Illinois Urbana-Champaign zhvilloi një mënyrë miqësore me mjedisin për të përzier saktësisht fluorin, një shtesë e rëndësishme, në kimikate të quajtura olefine—hidrokarbure të përdorura në një gamë të gjerë produktesh, nga detergjentët te karburantet dhe mjekësitë. Ky metodë revolucionare ofron një strategji të re efikase për krijimin e kimikateve me vlerë të lartë me aplikime potenciale në agrokimikate, farmaceutikë, karburante të rinovueshme dhe më shumë.
Studimi, i botuar në Science, u drejtua nga Udhëheqësi i Temës së Konvertimit të CABBI Huimin Zhao, Profesor i Inxhinierisë Kimike dhe Biomolekulare (ChBE), Udhëheqësi i Temës së Dizajnit të Biosistemeve në Institutin për Biologjinë Gjenomike Carl R. Woese (IGB), dhe Drejtori i Institutit të Laboratorit të Molekulës së NSF në Illinois; dhe autori kryesor Maolin Li, një Hulumtues Postdoktoral me CABBI, ChBE dhe IGB.
Si një shtesë, fluori mund të bëjë që agrokimikatet dhe mjekësitë të funksionojnë më mirë dhe të zgjasin më shumë. Madhësia e tij e vogël, vetitë elektronike dhe aftësia për t’u tretur lehtësisht në yndyrna dhe vajra kanë të gjitha një ndikim të thellë në funksionin e molekulave organike, duke përmirësuar absorbimin, stabilitetin metabolik dhe ndërveprimet me proteinat e tyre. Megjithatë, shtimi i fluorinit është i ndërlikuar dhe zakonisht kërkon procese komplekse kimike që nuk janë gjithmonë miqësore me mjedisin.
Shkencëtarët në këtë studim përdorën një “fotoenzim”—një enzim të ripërdorur që funksionon nën dritë—për të ndihmuar në shtimin e fluorinit në këto kimikate. Duke përdorur dritën dhe fotoenzimat, ata ishin në gjendje të bashkangjisnin saktësisht fluorinin në olefine, duke kontrolluar saktësisht ku dhe si shtohet. Për shkak se kjo metodë është jo vetëm miqësore me mjedisin por edhe shumë specifike, ajo lejon krijimin më efikas të përbërjeve të reja të dobishme që më parë ishin të vështira për t’u bërë.
Një ekip hulumtuesish nga Qendra për Inovacion në Bioenergji dhe Bioprodukte të Avancuara (CABBI) përdori një proces fotoenzimatik për të përzier saktësisht fluorin, një shtesë e rëndësishme, në kimikate të përdorura gjerësisht të quajtura olefine. Ky metodë revolucionare ofron një strategji efikase dhe miqësore me mjedisin për krijimin e kimikateve me vlerë të lartë me aplikime potenciale në agrokimikate, farmaceutikë, karburante të rinovueshme dhe më shumë. Nga e majta janë Yujie Yuan, Zhengyi Zhang, Udhëheqësi i Temës së Konvertimit të CABBI Huimin Zhao (ulur), Wesley Harrison dhe autori kryesor Maolin Li në laboratorin e tyre në Institutin për Biologjinë Gjenomike Carl R. Woese në Universitetin e Illinois Urbana-Champaign. Kredia: Qendra për Inovacion në Bioenergji dhe Bioprodukte të Avancuara (CABBI)
Ky qasje mbush një boshllëk të madh në kimikën molekulare, pasi metodat e mëparshme për shtimin e fluorinit ishin të kufizuara dhe joefikase. Ajo gjithashtu hap mundësi të reja për krijimin e mjekësive dhe produkteve bujqësore më të mira, pasi përbërjet e fluoruara shpesh janë më efektive, më të qëndrueshme dhe më të qëndrueshme se sa ato pa fluor. Kjo do të thotë që plehrat dhe herbicidet mund të jenë më efektive në mbrojtjen e kulturave, dhe mjekësitë mund të jenë më të fuqishme ose të kenë më pak efekte anësore.
“Ky përparim përfaqëson një ndryshim të rëndësishëm në mënyrën se si i qasemi sintezës së përbërjeve të fluoruara, që janë thelbësore në shumë aplikime nga mjekësia deri te bujqësia,” tha Zhao. “Duke shfrytëzuar fuqinë e enzimave të aktivizuara nga drita, ne kemi zhvilluar një metodë që përmirëson efikasitetin e këtyre sintezave dhe përputhet me qëndrueshmërinë mjedisore. Kjo punë mund të hapë rrugën për teknologji të reja dhe më të gjelbra në prodhimin kimik, që është një fitore jo vetëm për shkencën, por për shoqërinë në përgjithësi.”
Hulumtimi avancon misionin e bioenergjisë së CABBI duke pionieruar metoda inovative në biokatalizë që mund të përmirësojnë prodhimin e kimikateve me bazë bimore—ato që rrjedhin nga burime të rinovueshme si bimët ose mikroorganizmat në vend të naftës. Zhvillimi i proceseve biokimike më efikase dhe miqësore me mjedisin përputhet me fokusin e CABBI për krijimin e zgjidhjeve të qëndrueshme të bioenergjisë që minimizojnë ndikimin mjedisor dhe reduktojnë varësinë nga karburantet fosile.
Ai gjithashtu kontribuon në misionin më të gjerë të Departamentit të Energjisë së SHBA-së (DOE) për të nxitur përparimet në bioenergji dhe bioprodukte. Metodat e zhvilluara në këtë studim mund të çojnë në procese industriale më të qëndrueshme që janë më pak të intensitetit të energjisë dhe reduktojnë mbetjet kimike dhe ndotjen, duke mbështetur qëllimet e DOE për të nxitur teknologjitë e energjisë së pastër. Aftësia për të krijuar me efikasitet përbërje të fluoruara me vlerë të lartë mund të çojë në përmirësime në fusha të ndryshme, duke përfshirë burimet e energjisë së rinovueshme dhe bioprodukte që mbështesin rritjen ekonomike dhe qëndrueshmërinë mjedisore.
“Hulumtimi ynë hap mundësi interesante për të ardhmen e zhvillimit farmaceutik dhe agrokimik,” tha Li. “Duke integruar fluorinin në molekulat organike përmes një procesi fotoenzimatik, ne jo vetëm që po përmirësojmë vetitë e dobishme të këtyre përbërjeve, por edhe po e bëjmë këtë në një mënyrë që është më e përgjegjshme mjedisore. Është emocionuese të mendosh për aplikimet e mundshme të punës sonë në krijimin e produkteve më efektive dhe të qëndrueshme për përdorim të përditshëm.”
Hulumtuesit e CABBI Yujie Yuan, Wesley Harrison dhe Zhengyi Zhang të ChBE dhe IGB në Illinois ishin bashkautorë në këtë studim.
Më shumë informacione: Maolin Li et al, Asymmetric photoenzymatic incorporation of fluorinated motifs into olefins, Science (2024). DOI: 10.1126/science.adk8464
Zhurnali ku u botua: Science
