Bước tiến mới trong phát triển hóa chất sinh học bền vững

Sự tiến bộ này được thể hiện trong việc sử dụng vi khuẩn để kết hợp các phản ứng enzyme tự nhiên với một phản ứng mới gọi là phản ứng chuyển carbene (carbene transfer reaction). Đây sẽ là một giải pháp giúp giảm lượng khí thải công nghiệp trong tương lai vì nó cung cấp một giải pháp thay thế bền vững cho các quy trình sản xuất hóa chất thường dựa vào nhiên liệu hóa thạch.

GS Jay Keslin – Giám đốc điều hành Viện Năng lượng sinh học liên hợp (JBEI) của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ cho biết, nhóm nghiên cứu đã có thể tổng hợp mọi thứ trong phản ứng này bên trong tế bào vi khuẩn, từ các enzyme tự nhiên đến carbene (nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Nature*). Chỉ cần thêm đường và các tế bào sẽ làm phần còn lại. Carbene là một phân tử hóa học dựa trên các bon hoạt tính cao, có thể được sử dụng trong nhiều loại phản ứng khác nhau. Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã hy vọng sử dụng phản ứng carbene để sản xuất nhiên liệu và hóa chất, cũng như phát hiện và tổng hợp thuốc. Tuy nhiên, các quá trình carbene này chỉ có thể được thực hiện với số lượng nhỏ thông qua ống nghiệm và đòi hỏi các hóa chất đắt tiền để thúc đẩy phản ứng.

Trong nghiên cứu mới này, các nhà nghiên cứu đã thay thế các chất hóa học đắt tiền bằng các sản phẩm tự nhiên có thể được tạo ra bởi các chủng vi khuẩn Streptomyces. Vì vi khuẩn sử dụng đường để tạo ra các sản phẩm hóa học thông qua quá trình chuyển hóa tế bào, nên quá trình này thân thiện với môi trường hơn so với cách các hóa chất được sử dụng phổ biến như hiện nay. Các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy vi khuẩn này chuyển hóa đường thành tiền chất carbenee và chất nền olefin. Vi khuẩn cũng chuyển hóa enzyme P450 để sản xuất cyclopropane – một phân tử năng lượng cao có khả năng được sử dụng để sản xuất bền vững các hợp chất hoạt tính sinh học mới và nhiên liệu sinh học tiên tiến.

Tuy nhiên, theo Jing Huang – nghiên cứu sinh sau tiến sỹ của Phòng thí nghiệm Berkeley, mặc dù hệ thống đã tích hợp đầy đủ chức năng và có thể được sử dụng với số lượng lớn, nhưng vẫn chưa sẵn sàng để thương mại hóa. Mặc dù vậy, với những kết quả tích cực của nghiên cứu, đây sẽ là bước tiến quan trọng trong phát triển hóa sinh xanh.