Superar los límites de la producción química respetuosa con el medio ambiente
Los investigadores utilizan enzimas que funcionan con luz para modificar los azaarenos y sentar las bases de un futuro sostenible
Un equipo de investigadores pioneros del Centro de Innovación en Bioenergía Avanzada y Bioproductos (CABBI) ha dado un importante salto adelante en el complejo mundo de la química molecular.
El equipo de investigación de la Universidad de Illinois incluía, de izquierda a derecha: Yujie Yuan, postdoctorando; Wesley Harrison, doctorando; Huimin Zhao, jefe del tema de conversión de CABBI; Maolin Li, postdoctorando; y Zhengyi Zhang, postdoctorando.
CABBI Communications
¿Su objetivo? Los azaarenos, piezas únicas de un rompecabezas molecular crucial para muchos productos cotidianos, desde agroquímicos ecológicos hasta medicamentos esenciales. El equipo del CABBI demostró una forma innovadora de modificar estas moléculas, un descubrimiento pionero que promete nuevas reacciones químicas de interés industrial y soluciones energéticas sostenibles.
Un elemento central de su investigación es el uso de sistemas fotoenzimáticos. En términos más sencillos, se trata de sobrealimentar con una linterna a los diminutos trabajadores de la naturaleza, las enzimas, permitiéndoles ensamblar o reparar estructuras moleculares de formas sin precedentes. Aprovechando el poder de la luz, estos científicos han descubierto reacciones químicas novedosas que antes se creían inalcanzables.
El estudio, publicado en Nature Chemistry, ha sido realizado por investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign. Los autores principales son Huimin Zhao, líder del tema de conversión del CABBI, catedrático de Ingeniería Química y Biomolecular (ChBE), líder del tema de diseño de biosistemas del Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica (IGB) y director del Instituto NSF Molecule Maker Lab de Illinois; y Maolin Li, investigador postdoctoral asociado del CABBI, el ChBE y el IGB.
Los azaarenos, aparentemente minúsculos en el vasto universo de la química, desempeñan sin embargo un papel monumental. Son los componentes básicos de una plétora de compuestos, que influyen incluso en el ADN de nuestras células. Pero el reto siempre ha estado en su manipulación.
Gracias al desarrollo por parte del equipo de un sistema de ene-reductasa -un conjunto de herramientas moleculares especializadas que utilizan la enzima ene-reductasa y que el laboratorio de Zhao ya había utilizado en estudios anteriores-, los investigadores encontraron una forma de modificar intrincadamente estas moléculas sin daños colaterales.
Uno de los logros más destacados de su trabajo es el dominio de la transferencia enantioselectiva de átomos de hidrógeno. Las moléculas suelen tener versiones derecha e izquierda, o enantiómeros, como los guantes. El método del equipo les permite apuntar y ajustar selectivamente cualquiera de las dos versiones con una precisión sin precedentes. Además, mediante un control remoto estereoscópico podrían realizar esos ajustes precisos a distancia.
Para CABBI y el sector de la bioenergía, este descubrimiento cambia las reglas del juego. Los biocombustibles y bioproductos -energía y productos derivados de material vegetal en lugar de recursos no renovables como el petróleo- representan un futuro más ecológico y sostenible. La investigación del equipo ha ampliado la gama de reacciones químicas y bioproductos que pueden fabricarse de forma eficiente.
El estudio también introdujo el concepto de fotocatálisis asimétrica, una técnica revolucionaria que garantiza la consistencia de estas reacciones. Esto puede abrir nuevas vías para la producción de biocombustibles y bioproductos a partir de una gama más amplia de materias primas de biomasa, lo que se alinea directamente con los objetivos de CABBI y la misión más amplia del DOE de avanzar en soluciones de energía y productos sostenibles.
"Con nuestro novedoso enfoque de los azaarenos y el uso de la transferencia enzimática de átomos de hidrógeno, no sólo estamos superando los límites de la química", afirmó Zhao. "Estamos sentando las bases de un futuro más sostenible e innovador. Nuestra investigación ha ampliado el conjunto de herramientas disponibles para la producción respetuosa con el medio ambiente y tiene el potencial de catalizar avances en agroquímicos y más allá".
Más allá del laboratorio, el potencial de las aplicaciones en el mundo real es inmenso, desde el liderazgo en energía sostenible hasta el desarrollo de productos químicos agrícolas más seguros. Los avances en bioenergía y bioproductos pueden conducir al crecimiento económico, con nuevas industrias, empleos y productos para los consumidores y fuentes de energía potencialmente más asequibles. Al promover métodos de producción sostenibles y eficientes, la investigación puede reducir la contaminación y la degradación del medio ambiente, lo que redundará en un aire y un agua más limpios para las comunidades.
Mientras el mundo se enfrenta a los retos medioambientales y a la acuciante necesidad de soluciones sostenibles, descubrimientos como éste iluminan el camino a seguir, afirmó Li.
"Como investigadora postdoctoral de este proyecto, me he sumergido a fondo en las complejidades de los azaarenos y su potencial. Desentrañar los retos del control estereoscópico a distancia y ser testigo de las posibilidades transformadoras de nuestros hallazgos ha sido realmente estimulante. Esta investigación no trata sólo de los matices de las reacciones químicas; trata del futuro de la energía sostenible y mucho más. Estoy deseando ver adónde nos lleva este viaje", afirma Li.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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