Tutkijat löysivät uusia tapoja hyödyntää biomassasta saatavia kemikaaleja

Luonnollisilla katalyyteilla saadaan yksinkertaisista biojalostamokemikaaleista muokattua arvokkaita ja toiminnallisia rakennuspalikoita synteettisen kemian tarpeisiin.
Tailor-made bacteria as a tool in the valorisation of biorefinery chemicals. Image by Jan Deska

 

Räätälöidyt bakteerit tulevaisuuden työkaluina biojalostamofuraanien hyödyntämisessä. Kuva: Jan Deska

Aalto-yliopiston synteettisen orgaanisen kemian työryhmän tutkijat ovat kehittäneet innovatiivisen menetelmän, joka käyttää entsyymejä eloperäisten furaanien hyödyntämiseen. Näin luodaan orgaanisia rakenteita, jollaisia esiintyy muun muassa hajusteissa, lääkevalmisteissa ja mutkikkaissa bioaktiivisissa luonnontuotteissa, kuten vitamiineissa.

Monien furaanipohjaisten kemikaalien yleinen raaka-aine on furfuraali. Se on tärkeä lignoselluloosan biomassasta saatava peruskemikaali, jota on vuosien saatossa hyödynnetty menestyksekkäästi erilaisissa furaanipohjaisissa biopolttoaineissa ja ympäristöystävällisissä liuottimissa. Tavoiteltaessa korkean lisäarvon tuotteita hienokemian sovellusten riittämätön kompleksisuus sekä niiden vaatimat kalliit ja ympäristölle arveluttavat raskasmetallikatalyytit luovat kuitenkin suuria haasteita.

Nyt kehitetty luonnon omiin katalyytteihin – entsyymeihin – perustuva teknologia tarjoaa perinteisiin lähestymistapoihin verrattuna korkeimman bioyhteensopivuuden ja luontoystävällisemmän jalanjäljen.

Jäljittelemällä luonnolle alun perin vierasta klassista kemiaa tutkijoiden tavoitteena oli laajentaa biokatalyyttista työkaluvalikoimaa ja käyttää entsyymejä entistä monipuolisemmin.

”Tässä nimenomaisessa entsymaattisessa reaktiossa onnistuimme ensinnäkin korvaamaan yksinkertaisella proteiinikatalyytillä yleisesti käytetyn iridiumin, joka on yksi maankuoren harvinaisimmista alkuaineista, ja siksi tavattoman kallista. Lisäksi käyttämällä muutoksessa entsyymejä voimme nyt ensimmäistä kertaa suorittaa reaktion hyvin geometrisesti valikoivalla eli stereoselektiivisellä tavalla, mikä tarkoittaa sitä, että hyödyllisiä laktonirakenteita sisältäviä tuotteita saadaan puhtaimmassa mahdollisessa muodossa”, kertoo tutkijatohtori Yu-Chang Liu.

Uusia mahdollisuuksia yhdistää perinteinen kemia nykyaikaiseen bioteknologiaan

Tutkijat onnistuivat myös palauttamaan juuri löydetyn entsyymitoiminnon luonnolliseen ympäristöön lisäämällä tarvittavan proteiinin geneettisen koodin isäntäbakteeriin. Näin yksi tärkeimmistä kemiallisista muutoksista voidaan toteuttaa erityisesti suunnitellulla pieneliöllä, jolloin furaaneista voi olla mahdollista tuottaa arvokkaita kemikaaleja soluja käyttämällä.

”Kun eläviin organismeihin lisätään ei-luonnollisia toiminnallisuuksia, voimme merkittävästi laajentaa biologisen tuotannon mahdollisuuksia tulevaisuudessa. Kyky taivutella pieneliöitä osallistumaan sellaisiin kemiallisiin muutoksiin, joita ei esiinny missään luonnosta löytyvässä reaktioketjussa, avaa näkymiä perinteisen kemian menetelmien sulauttamiselle yhteen nykyaikaisen bioteknologian mahtavan uuden maailman kanssa”, sanoo tutkimusjohtaja professori Jan Deska.

Tutkimus "Enantioconvergent Biocatalytic Redoxisomerization" julkaistiin hiljattain Angewandte Chemie International Edition -lehdessä 2018, 57, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201804911, täydentäen tutkimusryhmän alustavaa julkaisua vuodelta 2014 (Nature Communications, 2014, 5, 5278).

Tutkimusta ovat rahoittaneet Suomen Akatemia, Novo Nordisk -säätiö ja German Research Foundation.

Lisätietoja:

Professori Jan Deska
[email protected]
Aalto-yliopisto, kemian ja materiaalitieteen laitos
 

Lisää tästä aiheesta

Wood.
Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Metsä ja innovaatiot toivat Aalto-yliopistoon yli 30 suurlähettilästä

Kestävyys, vastuullisuus ja ilmastonmuutoksen torjunta ovat tärkeä osa Suomen kuvaa maailmalla.
Kuva: Tuomas Uusheimo.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Aalto-yliopisto isännöi EURO2022-konferenssin noin 2500 operaatiotutkijalle

Kesän 2022 konferenssin järjestää Suomen operaatiotutkimusseura yhteistyössä Aalto-yliopiston operaatiotutkimuskeskuksen (ACOR) sekä Aalto-yliopiston matematiikan ja systeemianalyysin ja tieto- ja palvelujohtamisen laitosten kanssa.
Falling Walls
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Voita matka Berliinin Falling Walls –pitchauskilpailuun

Suomen kilpailu järjestetään Design Factorylla Otaniemessä 19. syyskuuta. Ilmoittaudu mukaan 5. syyskuuta mennessä.
Nanocellulose bicycle Photo: Eeva Suorlahti
Yhteistyö, Tiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tulevaisuuden kestäviä elämäntapoja esillä Otaniemessä

Yksi Helsinki Design Weekin päätapahtumista, Designs for a Cooler Planet, esittelee Aalto-yliopiston monialaisia tulevaisuuden ratkaisuja, kuten nanoselluloosapolkupyörän, mikrobikuulokkeet ja Ioncell-vaatteita.
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu