Investigadores del Centro de Innovación Avanzada en Bioenergía y Bioproductos (CABBI) han logrado un avance significativo que podría conducir a productos químicos agrícolas y productos cotidianos mejores y más ecológicos. Utilizando un proceso que combina enzimas naturales y luz, el equipo de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign desarrolló una forma ecológica de mezclar con precisión flúor, un aditivo importante, en sustancias químicas llamadas olefinas, hidrocarburos utilizados en una amplia gama de productos, desde desde detergentes hasta combustibles y medicamentos. Este método innovador ofrece una nueva estrategia eficiente para crear productos químicos de alto valor con aplicaciones potenciales en agroquímicos, productos farmacéuticos, combustibles renovables y más.
El estudio, publicado en Science, fue dirigido por el líder del tema de conversión de CABBI, Huimin Zhao, profesor de ingeniería química y biomolecular (ChBE), líder del tema de diseño de biosistemas en el Instituto Carl R. Woese de biología genómica (IGB) y director del Instituto Molecule Maker Lab de la NSF en Illinois; y el autor principal Maolin Li, investigador asociado postdoctoral de CABBI, ChBE e IGB.
Como aditivo, el flúor puede hacer que los agroquímicos y los medicamentos funcionen mejor y duren más. Su pequeño tamaño, sus propiedades electrónicas y su capacidad para disolverse fácilmente en grasas y aceites tienen un profundo impacto en la función de las moléculas orgánicas, aumentando su absorción, estabilidad metabólica e interacciones con proteínas. Sin embargo, añadir flúor es complicado y suele requerir procesos químicos complejos que no siempre son respetuosos con el medio ambiente.
Los científicos de este estudio utilizaron una “fotoenzima”, una enzima reutilizada que funciona bajo la luz, para ayudar a incorporar flúor a estas sustancias químicas. Mediante el uso de luz y fotoenzimas, pudieron unir con precisión el flúor a las olefinas, controlando exactamente dónde y cómo se agrega. Debido a que este método no sólo es respetuoso con el medio ambiente sino también muy específico, permite la creación más eficiente de nuevos compuestos útiles que antes eran difíciles de producir.
Este enfoque llena un gran vacío en la química molecular, ya que los métodos anteriores para agregar flúor eran limitados e ineficientes. También abre nuevas posibilidades para crear 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 podrían ser más eficaces para proteger los cultivos, y los medicamentos podrían ser más potentes o tener menos efectos secundarios.
“Este avance representa un cambio significativo en la forma en que abordamos la síntesis de compuestos fluorados, cruciales en numerosas aplicaciones, desde la medicina hasta la agricultura”, dijo Zhao. “Al aprovechar 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 es una victoria, no sólo para la ciencia, sino para la sociedad en general.
“La investigación promueve la misión de bioenergía de CABBI al ser pionero en métodos innovadores en biocatálisis que pueden mejorar la producción de productos 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 la creación de soluciones bioenergéticas sostenibles que minimicen el impacto ambiental y reduzcan la dependencia de 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 este estudio pueden conducir a procesos industriales más sostenibles que consumen menos energía y reducen los desechos químicos y la contaminación, respaldando los objetivos del DOE de fomentar tecnologías de energía limpia. La capacidad de crear eficientemente compuestos fluorados de alto valor podría conducir a mejoras en varios campos, incluidas las fuentes de energía renovables y los bioproductos que respaldan el crecimiento económico y la sostenibilidad ambiental.
“Nuestra investigación abre posibilidades fascinantes para el futuro del desarrollo farmacéutico y agroquímico”, afirmó Li. “Al integrar el flúor en moléculas orgánicas a través de 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 emocionante pensar en las posibles aplicaciones de nuestro trabajo para crear compuestos más eficaces. y productos sostenibles para el uso diario”.
Los investigadores del CABBI Yujie Yuan, Wesley Harrison y Zhengyi Zhang de ChBE e IGB en Illinois fueron coautores de este estudio.
Fuente: Phys.org.