Onderzoekers zetten plastic om in paracetamol

Beeld: AI-gegenereerd

Onderzoekers zetten plastic om in paracetamol – Onderzoekers van de Universiteit van Edinburgh hebben een stam van Escherichia coli ontwikkeld die afhankelijk is van kleine moleculen uit plastic afvalflessen van polyethyleentereftalaat (PET). Het synthetische metabole proces dat ze ontwierpen, zet bijna 100% van de PET-substraten om in ’s werelds meest gebruikte pijnstiller paracetamol.

Conventionele farmaceutische productie heeft een enorme CO2-voetafdruk. Deze is 55% meer emissie-intensief dan die van de auto-industrie. Deze nieuwe methode echter veroorzaakt vrijwel geen CO2-uitstoot. De onderzoekers stellen dat plastic afval zou kunnen veranderen van een milieubelasting naar een grondstof voor farmaceutische producten.

Doorbraak

Het onderzoek werd geleid door Stephen Wallace, een onderzoeker in de chemische biotechnologie. Het team is het eerste dat de Lossen-herschikking – een synthetische reactie – combineert met de stofwisselingssystemen van een levend organisme. Zonder de cellen te beschadigen of hun natuurlijke biologische functies te verstoren.

Het proces

Deze niet-enzymatische reactie werd in 1872 ontdekt door Wilhelm Lossen en zet hydroxamaatesters om in isocyanaten en vervolgens in amines. De onderzoekers ontwierpen een omlegging die vertrekt van een O-acyl-gesubstitueerd hydroxamaatestersubstraat en p-aminobenzoëzuur (PABA) produceert. Een voedingsstof die essentieel is voor de groei van E. coli. Toen het team PABA-deficiënte E. coli-culturen kweekte in aanwezigheid van het substraat en verschillende overgangsmetaalkatalysatoren, ontdekten ze dat de bacteriën zelfs zonder de aanwezigheid van katalysatoren groeiden. Verdere tests toonden aan dat het Lossen-substraat kon worden omgezet in PABA in aanwezigheid van fosfaat in het groeimedium.
‘Deze reactie vindt plaats zonder enzymen, wordt goed verdragen door cellen en wordt gestimuleerd door fosfaat en actief bacterieel metabolisme. Dat maakt het een veelbelovende route voor biocompatibele chemische transformaties’, aldus Wallace.

Next level

Hoewel de onderzoekers aanvankelijk wilden nagaan of synthetische producten veilig in microbiële cellen konden worden gemaakt, realiseerden ze zich dat Lossen-substraten ook uit afvalstoffen konden worden gemaakt. Het afbreken van PET-plastic tot tereftaalzuur kan een gemodificeerde versie van het Lossen-substraat vormen, genaamd PET-1, dat dient als voorloper voor de productie van PABA. Met dit in gedachten onderzocht het team of gemanipuleerde E. coli een geheel nieuwe metabolische route kon creëren om paracetamol uit PET-1 te produceren.

Een indicatie van de opbrengsten

De resulterende Lossen-herschikking begint bij 50 °C in een fosfaatbuffer, gevolgd door de toevoeging van PABA-deficiënte E. coli-cellen, die PANAT en ABH60 tot expressie brengen. Twee microbiële enzymen die verantwoordelijk zijn voor de synthese van paracetamol uit PABA. Incubatie van de cellen bij 37 °C resulteerde in paracetamolproductie met een opbrengst van 83% uit PET-1. Verdere optimalisatie door aanpassing van de eiwitexpressiecondities resulteerde in een nog hogere opbrengst van 92%.

Reactie onafhankelijke biochemicus

Een biochemicus van de Universiteit van Minnesota die niet bij het onderzoek betrokken was – Mikael Elias – vindt de opbrengst van 92% echt indrukwekkend. Hij stelt dat het uitbreiden van biologische systemen met synthetische katalysatoren, cofactoren en toegevoegde onnatuurlijke aminozuren een veelzijdig platform zou kunnen creëren en de chemiemogelijkheden binnen deze systemen zou kunnen uitbreiden.

Obstakels en mogelijkheden

De industrie is steeds meer bezig met duurzame productie, maar Elias zegt dat de commerciële implementatie van deze technologie op verschillende obstakels kan stuiten. Waaronder het navigeren door ingewikkelde regelgevingsprocessen. Maar hij ziet zeker ook verdere mogelijkheden: ‘De technologie zou kunnen worden geïntegreerd met bestaande enzymatische PET-depolymerisatietechnologieën om uitgebreide en circulaire platforms voor afvalverwerking en farmaceutische producten te creëren’, aldus Elias.

Bron: C&EN CHEMICAL &ENGINEERING NEWS
Lees ook: Nieuwe rol van distributeurs bij meldingenaanantigifcentra
Lees ook: Zelfherstellende coating bestand tegen cavitatie en corrosie in offshore-omgevingen

Voorbehoud
Deze informatie is met de grootst mogelijke zorg samengesteld, in sommige gevallen uit verschillende informatiebronnen. (Interpretatie)fouten zijn niet uitgesloten. Er kan dus geen enkele wettelijke verplichting aan deze tekst worden ontleent. Iedereen die met dit onderwerp te maken krijgt, heeft zelf de verantwoordelijkheid om zich in de materie te verdiepen!