Kreowanie ekologicznej przyszłości dzięki specjalnie dostosowanym enzymom
Od detergentów do prania, przez kremy do twarzy, aż po oleje przędzalnicze i barwniki do tkanin – produkty codziennego użytku to jedne z najbardziej zasobochłonnych i zanieczyszczających środowisko towarów na rynku. Obecne metody wytwarzania tychże produktów są ponadto źródłem znacznej emisji dwutlenku węgla oraz zużywają ogromne ilości wody i energii.
Precyzyjne enzymy
W obliczu rosnącej presji na środowisko zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu FuturEnzyme(odnośnik otworzy się w nowym oknie) postanowił opracować przyjazne dla środowiska enzymy, które zapewnią bardziej zrównoważony charakter detergentów, kosmetyków i przemysłu włókienniczego. Prowadzony przez hiszpańską Wyższą Radę Badań Naukowych (CSIC) i zrzeszający partnerów zarówno ze środowisk naukowych, jak i sektora przemysłowego, projekt ten łączy nowoczesne narzędzia do odkrywania i inżynierii enzymów oraz narzędzia obliczeniowe, a jego celem jest wprowadzenie zrównoważonych rozwiązań biotechnologicznych bezpośrednio do zastosowań komercyjnych. Partnerzy przemysłowi pomogli zdefiniować dokładne wymagania dotyczące enzymów oraz określić potrzeby w zakresie warunków i parametrów poszczególnych produktów. Następnie naukowcy skupieni wokół projektu FuturEnzyme szukali odpowiednich enzymów za pomocą stworzonego na zamówienie oprogramowania Horus(odnośnik otworzy się w nowym oknie), które sprawdza genomy drobnoustrojów i metagenomy środowisk na całej planecie w poszukiwaniu enzymów spełniających warunki. Ostatnim etapem jest wykorzystanie zaawansowanych narzędzi obliczeniowych do wyboru najlepszych kandydatów, aby uzyskać enzymy o optymalnej aktywności, stabilności i wydajności w rzeczywistych warunkach. „Nasze ukierunkowane podejście wykracza poza identyfikację ogólnie użytecznych enzymów, umożliwiając odkrywanie i optymalizację enzymów na potrzeby konkretnych, rzeczywistych zastosowań”, twierdzi Manuel Ferrer, koordynator projektu.
Obliczeniowe projektowanie enzymów na zamówienie
Najnowsze osiągnięcia w dziedzinie sztucznej inteligencji (AI) zmieniły sposób odkrywania i projektowania nowych enzymów. Naukowcy mogą teraz modelować tysiące struktur enzymów i przeprowadzać symulacje ich interakcji w rzeczywistych warunkach i w kontakcie z rzeczywistymi składnikami produktu, jeszcze zanim trafią do laboratorium. Przyspiesza to odkrywanie enzymów, obniża koszty i ogranicza niepotrzebny czas spędzony w laboratorium. Zespół projektu FuturEnzyme opracował również własny silnik przewidywania (EP-Pred), połączony z oprogramowaniem Horus(odnośnik otworzy się w nowym oknie), który wykorzystuje wyniki teoretyczne i eksperymentalne do skrócenia czasu znajdowania odpowiednich enzymów na podstawie samej sekwencji. „Doświadczamy rewolucji w biotechnologii enzymów dzięki dostępności i produkcji enzymów o parametrach dostosowanych do potrzeb konkretnych produktów, stosując w pełni obliczeniowe podejście”, podkreśla Ferrer.
Innowacje na bazie enzymów o mniejszym śladzie środowiskowym
Wykorzystując zaawansowane technologie fermentacji i immobilizacji, zespół stworzył bezpieczne preparaty na bazie enzymów, które po ocenie cyklu życia wykazały znacznie niższe emisje i zużycie zasobów. Prototyp płynnego detergentu z nowym enzymem w składzie wykazał potencjał w zakresie skutecznego czyszczenia w temperaturze 20 °C, co zmniejszyło zużycie wody i energii przy jednoczesnym zachowaniu wydajności. W branży kosmetycznej produkt z kwasem hialuronowym o niskiej masie cząsteczkowej, opracowany przy użyciu innowacyjnego procesu enzymatycznego, stanowi bardziej energooszczędną i wolną od chemikaliów alternatywę w porównaniu z tradycyjnymi metodami. W przypadku tekstyliów wstępna obróbka enzymatyczna usuwa oleje stosowane podczas przetwarzania włókien, przynosząc szereg korzyści dla środowiska dzięki ograniczeniu zużycia wody i mniejszemu wpływowi na warstwę ozonową.
Przyszłe kierunki i wpływ na środowisko
W planach uczestników projektu FuturEnzyme jest aktywna praca nad przełożeniem dotychczasowych odkryć na zastosowania komercyjne, podczas gdy partnerzy przemysłowi przygotowują się do uzyskania zezwoleń od organów regulacyjnych, zwiększenia skali produkcji i wejścia na rynek. Równolegle wiele kandydatów na enzymy zostanie szeroko udostępnionych dzięki zestawom do badań przesiewowych dystrybuowanym przez firmę Biosynth GmbH. Zestawy te umożliwiają ośrodkom badawczym i przedsiębiorstwom prowadzenie badań nad enzymami o ukierunkowanych właściwościach katalitycznych, co skraca czas, obniża koszty i zmniejsza ryzyko, zwykle związane z pracami na wczesnym etapie. Łącząc innowacje cyfrowe, współpracę z branżą i badania globalnej różnorodności biologicznej, zespół projektu FuturEnzyme pokazał, jak dostosowane enzymy mogą przekształcić produkty codziennego użytku w alternatywy o mniejszym wpływie na środowisko. Biorąc pod uwagę, że na świecie każdego roku zużywa się miliony ton detergentów do prania, kosmetyków i tekstyliów, potencjalny wpływ rozwiązań wykorzystujących enzymy na środowisko jest nie do przecenienia.
