RICERCA ITALIANA     

Enzimi e catalizzatori organo-metallici per nuove biotrasformazioni e l'ottimizzazione di processi produttivi eco-compatibili.

Università degli Studi di Roma "La Sapienza"

Abstract

Il progetto di ricerca è centrato sull'utilizzo di nuovi biocatalizzatori e catalizzatori metallo-organici per la produzione di composti ad alto valore aggiunto in processi eco-compatibili. Nell'ambito del progetto verranno affrontate tematiche rivolte a i) ottimizzazione di processi industriali in corso, come la produzione di antibiotici beta-lattamici, con particolare attenzione allo sviluppo di supporti solidi riciclabili, ii) sviluppo di nuove possibili linee produttive con processi a "domino" biocatalizzati e con catalisi metallo-organica, comprendenti derivati di acidi grassi, alcoli, aldeidi e precursori di sostanze farmacologicamente attive iii) progettazione razionale di nuovi enzimi ottenibili mediante ingegneria genetica nonchè ideazione di nuove vie di sintesi eco-compatibili. Il progetto prevede la stretta interazione di ricercatori provenienti da università ed enti pubblici di ricerca con l'industria allo scopo di realizzare non solo una efficace cooperazione per il raggiungimento degli obiettivi prefissati ma anche per creare una interfaccia che possa portare alla formazione multidisciplinare di giovani laureati, dottorandi e ricercatori provenienti dall' area chimica, farmaceutica o biotecnologica. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Alberto BOFFI, Universita' degli Studi di ROMA "La Sapienza"

Obiettivo del Finanziamento

L'ideazione, lo sviluppo e l'ottimizzazione di nuovi procedimenti catalitici eco-compatibili ed il loro trasferimento all'industria, costituiscono l'obiettivo comune a tutte le attività di ricerca del progetto anche se esse si distinguono per l'accento posto sulle diverse fasi dell'insieme di questi processi. Ad un estremo si pone l'ottimizzazione di un processo industriale interamente enzimatico già operativo, sia per l'interesse diretto del partner industriale, una delle aziende leader mondiali nella produzione di cefalosporine, che per la competenza di diverse unità di ricerca nello studio degli enzimi coinvolti. All'altro ricerche dal contenuto fortemente innovativo come lo studio dell'attività di enzimi in liquidi ionici a temperatura ambiente e la messa a punto di reazioni domino, in cui la catalisi enzimatica si combina a quella operata da sistemi organometallici, con lo scopo di sviluppare nuove procedure eco-compatibili da utilizzarsi per la sintesi di molecole di interesse per la chimica fine e farmaceutica.
Un aspetto del progetto cui viene dato un peso particolare, è la realizzazione di un percorso formativo che permetta ai giovani ricercatori di acquisire il bagaglio culturale necessario per poter operare in un sistema altamente competitivo non solo in termini di conoscenze di base ma anche per quanto concerne il trasferimento di tali conoscenze all'industria.

L'ottimizzazione del processo di biotrasformazione della cefalosporina C attualmente in uso in termini di resa, costi/benifici ed eco-compatibilità è prevista entro il primo anno di attività. Infatti, l'uso combinato di amino-ossidase ed emoglobine batteriche permetterà di aumentare in modo significativo la vita media dei biocatalizzatori immobilizzati attualmente in uso. In un arco temporale maggiore, sarà attuata una sostanziale rielaborazione della metodologia di produzione dell'acido 7-aminocefalosporanico, tale da assicurare un processo competitivo dal punto di vista economico e sostenibile dal punto di vista ambientale.
Come consequenza dell'impegno di ricerca di base per raggiungere questo risultato-obiettivo, sono attesi altri risultati che potranno essere utilizzati per lo sviluppo di metodologie simili in altri settori produttivi. E' infatti prevista la realizzazione di una banca di aminossidasi, amidasi ed emoglobine batteriche ricombinanti, comprendente anche loro mutanti sito specifici, con attività non solo sulla cefalosporina C ma anche su altre ammine, ammidi o amminoacidi di interesse per la chimica fine e la farmaceutica. Inoltre, la ricerca di matrici solide biocompatibili si prevede fornisca prodotti che risolvano il problema generale dello smaltimento delle resine utilizzate oggi nei bioreattori.
Come risultato delle altre attività di ricerca si avrà la realizzazione di prototipi (dalla scala analitica a quella tecnica) di processi produttivi basati su enzimi già sperimentati ed anche su nuovi enzimi ottenuti dallo "screening" di genomi di microrganismi (soprattutto termofili) nonché su microrganismi ingegnerizzati in modo da aumentare la sopravvivenza nei bioreattori industriali. Per uno sviluppo ulteriore dei processi biocatalitici ritenuti più vantaggiosi, verrà realizzato l'accoppiamento a metodi chimici sia di catalisi che di estrazione e purificazione dei prodotti ottenuti dalla biotrasformazione originale. Nuove metodologie per la trasformazione di acidi grassi saturi, ottenuti da olii vegetali, in acidi grassi regioselettivamente insaturati da utilizzare come precursori per sintesi di composti ad alto valore aggiunto sono un risultato atteso con concrete possibilità di approdare al processo di produzione industriale.
La realizzazione di prototipi di bioreattori per la produzione di composti su scala tecnica, è prevista anche per la sintesi di alcoli chirali utilizzando alcol deidrogenasi, per il trasferimento di gruppi glicosidici, utilizzando diverse glicosidasi, per la sintesi di precursori di monobattami, utilizzando le aldolasi, per la sintesi di molecole prenilate, utilizzando le prenil transferasi.
Si auspica anche di poter realizzare processi innovativi basati su sistemi integrati chemo-enzimatici nonché sull'utilizzazione di liquidi ionici, meno volatili e più sicuri dei solventi organici e quindi dal minore impatto sull'ambiente.
Infine, dalla partecipazione attiva di giovani ricercatori ad un progetto fortemente integrato con l'industria, si attende un duplice risultato: la creazione di una interfaccia permanente fra mondo accademico, enti pubblici di ricerca e l'industria stessa. e la formazione di ricercatori capaci non solo di produrre innovazione ma anche di gestire l'innovazione nell'ambito di attività produttive.<<<

Durata

36 mesi