Najczęściej stosowane biokatalizatory

Rozwój technik sekwencjonowania genomu umożliwił nowe podejście do opracowywania biokatalizatorów opartych na specjalistycznych metodach ekspresji heterologicznej i inżynierii genetycznej. Takie projektowanie enzymów o zmienionej działalności, specyfice i stabilności przy użyciu mutagenezy i skierowanych technik ewolucyjnych to chleb powszedni dla biotechnologa. Oprócz ciągłego szukania wśród mikroorganizmów kandydatów do biotransformacji szkodliwych związków w środowisku lub produkcji substancji aktywnych leków, największą grupę stosowanych biokatalizatorów stanowią lipazy, enzymy rozkładające tłuszcze, powszechnie wykorzystywane w przemyśle spożywczym. Bakterie z rodzaju Bacillus produkują rocznie ponad 100 ton α-amylazy stosowanej w produkcji skrobi oraz tyle samo proteazy stosowanej w detergentach. Glukoamylaza syntezowana przez pleśnie z rodzaju Aspergillus to także enzym wykorzystywany w produkcji przemysłowej skrobi. Jak twierdzi prof. Kurt Faber z Wydziału Chemii Organicznej i Bioorganicznej Uniwersytetu w Graz, jedną trzecią wszystkich biotransformacji na świecie stanowią te z wykorzystaniem hydrolizy estru karboksylowego.

Przeciwciała jakich nie znaliśmy

Specjalną grupą biokatalizatorów są abzymy: przeciwciała o zdolnościach katalizujących, charakteryzujące się strukturalną komplementarnością do stanu przejściowego reakcji enzymatycznej. Cząsteczki przeciwciał produkowane przez układ immunologiczny wiążą się z antygenami aby eliminować obce dla organizmu substancje. W ten sam sposób przeciwciała mogą łączyć się z analogami stanu przejściowego reakcji enzymatycznej, które wprowadzone do krwi gospodarza działają jak hapteny (cząsteczki, które w połączeniu z nośnikiem białkowym wywołują odpowiedź immunologiczną), wywołując produkcję przeciwciał – abzymów. Można je otrzymać z ludzkiej lub zwierzęcej surowicy, a także od osób cierpiących na choroby autoimmunologiczne. Katalizują one hydrolizę białek, DNA, RNA oraz polisacharydów.  W 2008 roku pojawiła się hipoteza sugerująca wykorzystanie abzymów w leczeniu wirusa HIV ze względu na ich zdolność do degradacji niezmieniającej się części zewnętrznej powłoczki cząsteczki wirusa – białka gp120.

Plusy i minusy

Stosowanie biokatalizatorów wiąże się z mniejszą toksycznością w porównaniu do tych chemicznych. Podczas biotransformacji powstaje mniej produktów ubocznych, a co najważniejsze, biokatalizatory mogą być ponownie użyte lub są  biodegradowalne. Z drugiej strony, ich niestabilność w wysokich temperaturach, ekstremalnych wartościach pH oraz koszt produkcji przemawiają na korzyść chemicznych katalizatorów.

Wartość światowego rynku enzymów w 2012 roku oceniana była na 2,7 miliarda dolarów i stale rośnie.  Można go podzielić na trzy główne kategorie: enzymy spożywcze stanowiące 31% całej produkcji, enzymy stosowane w paszach dla zwierząt odpowiadające 6% całego rynku oraz enzymy przeznaczone do zastosowania w technologii – 63%.

Aleksandra Kowalczyk