El nuevo proceso utiliza luz y enzimas para crear sustancias químicas ecológicas.

Los investigadores del Centro de Innovación Avanzada en Bioenergía y Bioproductos (CABBI) han logrado avances significativos que conducen a agroquímicos y productos cotidianos mejores y más ecológicos.

Utilizando un proceso que combina enzimas naturales y luz, un equipo de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign ha desarrollado una forma respetuosa con el medio ambiente de mezclar con precisión flúor, un aditivo importante de sustancias químicas llamadas olefinas, hidrocarburos utilizados en una amplia gama de productos. Detergentes desde combustibles hasta productos farmacéuticos. Este enfoque innovador ofrece una nueva estrategia eficiente para crear productos químicos de alto valor con aplicaciones potenciales en agroquímicos, productos farmacéuticos, combustibles renovables y más.

Un estudio publicado en ciencia, Líder del tema de conversión de CABBI Huimin Zhao, profesor de Ingeniería Química y Biomolecular (ChBE), líder del tema de diseño de biosistemas en el Instituto Carl R. Voss de Biología Genómica (IGB) y director del Instituto NSF Molecule Maker Lab en Illinois; y el autor principal Maolin Li, investigador postdoctoral asociado de CABBI, ChBE e IGB.

Como aditivo, el flúor hace que los productos químicos y medicamentos agrícolas funcionen mejor y duren más. Su pequeño tamaño, sus propiedades electrónicas y su fácil solubilidad en grasas y aceites tienen un profundo efecto en la función de las moléculas orgánicas, mejorando su absorción, estabilidad metabólica e interacciones con proteínas. Sin embargo, añadir flúor es complicado y a menudo requiere procesos químicos complejos que no siempre son respetuosos con el medio ambiente.

En este estudio, los científicos utilizaron una «fotoenzima», una enzima reversible que funciona bajo la luz, para ayudar a llevar flúor a estas sustancias químicas. Mediante el uso de luz y fotoenzimas, fue posible unir flúor a olefinas con precisión, controlando con precisión dónde y cómo se agregaba. Debido a que este método no sólo es respetuoso con el medio ambiente sino también muy específico, permite la creación más eficiente de nuevos compuestos útiles que antes eran difíciles de producir.

Este método llena un gran vacío en la química molecular, ya que los métodos anteriores para agregar flúor eran limitados e ineficaces. Esto abre nuevas posibilidades para crear mejores medicamentos y productos agrícolas, ya que los compuestos fluorados son más eficaces, estables y duraderos que sus homólogos no fluorados. Eso significa que los fertilizantes y herbicidas pueden ser más eficaces para proteger los cultivos, y los medicamentos pueden ser más potentes o tener menos efectos secundarios.

«Este avance representa un cambio significativo en la forma en que abordamos la síntesis de compuestos fluorados, fundamentales en una serie de aplicaciones que van desde la medicina hasta la agricultura», afirmó Zhao. «Al aprovechar el poder de las enzimas activadas por la luz, hemos desarrollado un método que mejora la eficiencia de estas síntesis y es compatible con la sostenibilidad ambiental. Este trabajo puede allanar el camino para tecnologías nuevas y más ecológicas en la producción química, que no es solo una ganar-ganar no sólo para la ciencia, sino también para la sociedad.

La investigación avanza la misión de bioenergía de CABBI al ser pionero en métodos innovadores en biocatálisis que mejoran la producción de productos químicos de base biológica, derivados de recursos renovables como plantas o microorganismos en lugar de petróleo. El desarrollo de procesos bioquímicos más eficientes y respetuosos con el medio ambiente se alinea con el enfoque de CABBI en la creación de soluciones bioenergéticas sostenibles que reduzcan el impacto ambiental y la dependencia de los combustibles fósiles.

Contribuye a la misión más amplia del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) de impulsar el progreso en bioenergía y bioproductos. Los métodos desarrollados en este estudio podrían conducir a procesos industriales más sostenibles que consuman menos energía y reduzcan los desechos químicos y la contaminación, respaldando los objetivos del DOE de desarrollar tecnologías de energía limpia. La capacidad de crear eficientemente compuestos fluorados de alto valor podría conducir a mejoras en una variedad de campos, incluidas las fuentes de energía renovables y los bioproductos que respaldan el crecimiento económico y la sostenibilidad ambiental.

«Nuestra investigación abre posibilidades fascinantes para el futuro del desarrollo farmacéutico y agroquímico», afirmó Li. «Al incorporar flúor en moléculas orgánicas a través de un proceso fotoenzimático, no sólo aumentamos las propiedades beneficiosas de estos compuestos, sino que también lo hacemos de una manera más responsable con el medio ambiente. Es apasionante pensar en las posibles aplicaciones de nuestro trabajo en la creación de moléculas más eficientes. y productos sostenibles para el uso diario.»

Los investigadores de CABBI Yujie Yuan, Wesley Harrison y Zhengyi Zhang ChBE e IGB de Illinois fueron coautores del estudio.