انجاز في استخدام ثاني اكسيد الكربون في الصناعه

نجح البروفيسور آرني سكيرا من جامعة ميونخ التقنية (TUM) لأول مرة في استخدام غاز ثاني اكسيد الكربون الغازي كمواد أساسية لإنتاج منتج كميائي شامل في تفاعل بيولوجي. المنتج هو ميثيونين ، والذي يستخدم كحمض أميني أساسي ، خاصة في العلف الحيواني ، على نطاق واسع. يمكن لهذه العملية الأنزيمية المتطورة أن تحل محل إنتاج البتروكيماويات الحالي. تم نشر النتائج الآن في مجلة Nature Catalysis.

ويتم الإنتاج الصناعي للميثيونين من مواد مصدر البتروكيماويات في الوقت الحالي عبر عملية كيميائية من ست خطوات تتطلب سيانيد الهيدروجين عالي السمية ، من بين ركائز أخرى. في عام 2013 ، دعت شركة Evonik Industries ، إحدى أكبر الشركات المصنعة للميثيونين في العالم ، باحثين جامعيين إلى اقتراح عمليات جديدة لجعل المادة أكثر أمانًا لإنتاجها. الميثيون ، الذي يحدث في الطبيعة كمنتج تدهور الميثيونين ، يتشكل كمسهل وسيط خلال العملية التقليدية.

"استناداً إلى فكرة أن الميثيونين في الكائنات الدقيقة يتحلل بواسطة الإنزيمات إلى methional مع إطلاق ثاني أكسيد الكربون ثاني اكسيد الكربون، حاولنا عكس هذه العملية" ، يشرح البروفيسور آرني سكيرا من قسم الكيمياء البيولوجية في TUM ، "لأن كل تفاعل كيميائي هو من حيث المبدأ. عكسها ، في حين لا يتم ذلك إلا في حالات الاستخدام الواسع للطاقة والضغط. " شاركت Skerra في الدعوة لتقديم مقترحات بهذه الفكرة ، ومنح Evonik المفهوم ودعم المشروع.

بدعم من الباحث ما بعد الدكتوراه Lukas Eisoldt ، بدأت Skerra لتحديد المعلمات لعملية التصنيع ولإنتاج الحفازات الحيوية الضرورية (الإنزيمات). أجرى العلماء تجارب أولية وحدد ضغط ثاني اكسيد الكربون الذي سيكون مطلوبًا لإنتاج ميثيونين من methional في عملية حيوية. والمثير للدهشة ، أن العائد المرتفع غير المتوقع أدى حتى إلى ضغط منخفض نسبيًا - يناظر تقريبًا مستوى الضغط الموجود في إطار سيارة من قضيبين تقريبًا. واستناداً إلى الإنجازات التي تحققت بعد عام واحد فقط ، قام إيفونيك بتمديد التمويل ، والآن الفريق ، مدعومًا بالدكتوراه. وقد بحثت الطالبة جوليا مارتن في الخلفية البيوكيميائية للتفاعل وحسّنت الإنزيمات المستخدمة باستخدام هندسة البروتين.

أكثر كفاءة من التمثيل الضوئي

بعد عدة سنوات من العمل ، لم يكن من الممكن فقط تحسين التفاعل على مقياس المختبر إلى عائد بنسبة 40٪ ، ولكن أيضًا لتوضيح الخلفية النظرية للعمليات البيوكيميائية. "مقارنة مع عملية التمثيل الضوئي المعقدة ، والتي فيها الطبيعة أيضا تشمل بشكل حيوي ثاني أكسيد الكربون في جزيئات حيوية ككتلة بناء ، وعملتنا هي أنيقة للغاية وبسيطة ،" تقارير Arne Skerra. "يستخدم التمثيل الضوئي 14 إنزيما ، ولديه عائد بنسبة 20 في المائة فقط ، بينما تتطلب طريقتنا أنزيمين فقط."

في المستقبل ، يمكن أن يكون المبدأ الأساسي لهذا التفاعل الحيوي الحيوي الجديد بمثابة نموذج للإنتاج الصناعي لأحماض أمينية قيمة أخرى أو سلائف للأدوية. وفي الوقت نفسه ، سيقوم فريق البروفيسور سكيرا بتنقيح العملية ، التي تم تسجيل براءة اختراع بها ، باستخدام هندسة البروتين بحيث تصبح مناسبة للتطبيق على نطاق واسع.

وقد تكون هذه هي المرة الأولى التي تكون فيها عملية تصنيع التكنولوجيا الحيوية تستخدم غاز ثاني أكسيد الكربون كمصدر كيميائي فوري. حتى الآن ، فشلت محاولات إعادة تدوير غازات الدفيئة ، التي تعد مساهمًا رئيسيًا في تغير المناخ ، بسبب الطاقة العالية للغاية المطلوبة للقيام بذلك.

اعداد وترجمة / فادي طارق 

المصدر