I plasma possono fornire il co-substrato necessario per la biocatalisi di sostanze preziose, ma sono anche dannosi per gli enzimi. Attaccando gli enzimi a piccole perle, gli enzimi sono protetti e rimangono attivi fino a 44 volte più a lungo.
Alcuni enzimi, come quello derivato dai funghi e studiato in questo studio, sono in grado di produrre sostanze preziose come il profumo (R)-1-feniletanolo. A tal fine, convertono un substrato meno costoso utilizzando un co-substrato. Un gruppo di ricerca del Dipartimento di Biologia dell’Università della Ruhr a Bochum, in Germania, ha avuto l’idea di fornire loro questo co-substrato utilizzando un plasma: un’idea un po’ folle, poiché i plasmi generalmente hanno un effetto distruttivo sulle biomolecole. Tuttavia, utilizzando diversi trucchi, i ricercatori guidati dalla professoressa Julia Bandow e dal dottor Tim Dirks ci sono riusciti. Ora hanno perfezionato uno di questi trucchi e quindi migliorato il processo: attaccano gli enzimi a minuscole perle per tenerle in posizione sul fondo del reattore, dove sono protette dagli effetti dannosi del plasma. Identificando il tipo di perla più adatto, hanno anche aumentato la stabilità dell’enzima di un fattore 44. Hanno pubblicato i loro risultati sul Journal of the Royal Society Interface del 25 ottobre 2023.
Enzima modello di un fungo commestibile
“Nella biocatalisi guidata dal plasma, intendiamo utilizzare plasmi tecnici per guidare gli enzimi che utilizzano il perossido di idrogeno per convertire un substrato in un prodotto più prezioso”, spiega Julia Bandow, capo del dipartimento di microbiologia applicata. I plasmi, gas carichi di energia, producono perossido di idrogeno e una varietà di specie reattive.
I ricercatori utilizzano la perossigenasi non specifica (AaeUPO) dal fungo commestibile Agrocybe aegerita come enzima modello. Negli studi iniziali hanno dimostrato che, sebbene funzioni per la biocatalisi guidata dal plasma, ci sono alcune limitazioni fondamentali. “Il fattore decisivo è stato che gli enzimi sono sensibili al trattamento al plasma e quindi vengono inattivati entro un breve periodo di tempo”, spiega Tim Dirks, autore principale dello studio. “Per evitare ciò, utilizziamo il metodo dell’immobilizzazione enzimatica attaccando gli enzimi a minuscole perle con una superficie porosa.”
Le perle intrappolano gli enzimi sul fondo
A causa della gravità, queste sfere si trovano sul fondo del campione e la soluzione tampone sopra fornisce una zona protettiva tra la fase plasmatica superiore e gli enzimi. Il gruppo di ricerca ha osservato in una fase iniziale che i diversi metodi di immobilizzazione portavano anche a diversi tassi di sopravvivenza degli enzimi. Lo scopo del presente studio era quindi quello di indagare gli effetti di diversi metodi di immobilizzazione sulla stabilità plasmatica degli enzimi utilizzando un insieme più ampio di enzimi.
Sono stati selezionati cinque diversi enzimi; due di loro convertono anche il perossido di idrogeno e tre di loro non richiedono il perossido di idrogeno per l’attività. I ricercatori hanno testato nove diversi tipi di perle, alcune delle quali avevano una superficie in resina e altre una superficie in silice con o senza rivestimento polimerico. Dopo l’immobilizzazione, gli enzimi sono stati trattati con plasma per un massimo di cinque minuti. I ricercatori hanno poi confrontato la loro attività residua con i controlli non trattati.
Il percorso verso nuove applicazioni
Le sfere con superfici in resina hanno mostrato i migliori risultati per tutti e cinque gli enzimi. “Le perle di ammino ed epossi-butile hanno funzionato meglio”, afferma Tim Dirks. In entrambi i casi, gli enzimi formano un forte legame covalente con il materiale di supporto, che non può essere dissociato. “Questo tipo di immobilizzazione sembra limitare la mobilità degli enzimi, rendendoli meno suscettibili all’inattivazione indotta dal plasma”, sottolinea Tim Dirks. Estendendo fino a un’ora il trattamento al plasma dei candidati più promettenti, il team è riuscito ad aumentare la stabilità degli enzimi sottoposti al trattamento al plasma mediante immobilizzazione fino a un fattore 44. “I risultati di questo studio aprono quindi la strada a nuove applicazioni che mirano a combinare in futuro gli enzimi con i plasmi tecnici”, concludono i ricercatori.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
