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Pesquisadores do Centro de Inovação Avançada em Bioenergia e Bioprodutos (CABBI) alcançaram um avanço significativo que pode levar a produtos químicos agrícolas e produtos de uso diário melhores e mais ecológicos.
Usando um processo que combina enzimas naturais e luz, a equipe da University of Illinois Urbana-Champaign desenvolveu uma maneira ecologicamente correta de misturar precisamente flúor, um aditivo importante, em produtos químicos chamados olefinas — hidrocarbonetos usados em uma vasta gama de produtos, de detergentes a combustíveis e medicamentos. Este método inovador oferece uma nova estratégia eficiente para criar produtos químicos de alto valor com potenciais aplicações em agroquímicos, produtos farmacêuticos, combustíveis renováveis e muito mais.
O estudo, publicado em Ciência, foi liderado pelo líder do tema de conversão do CABBI, Huimin Zhao, professor de Engenharia Química e Biomolecular (ChBE), líder do tema de design de biossistemas no Instituto Carl R. Woese de Biologia Genômica (IGB) e diretor do Instituto de Criação de Moléculas da NSF em Illinois; e pelo autor principal Maolin Li, pesquisador associado de pós-doutorado do CABBI, ChBE e IGB.
Como aditivo, o flúor pode fazer com que agroquímicos e medicamentos funcionem melhor e durem mais. Seu tamanho pequeno, propriedades eletrônicas e capacidade de se dissolver facilmente em gorduras e óleos têm um impacto profundo na função de moléculas orgânicas, aumentando sua absorção, estabilidade metabólica e interações proteicas. No entanto, adicionar flúor é complicado e geralmente requer processos químicos complexos que nem sempre são amigáveis ao meio ambiente.
Os cientistas neste estudo usaram uma “fotoenzima” — uma enzima reaproveitada que funciona sob luz — para ajudar a trazer flúor para esses produtos químicos. Usando luz e fotoenzimas, eles foram capazes de anexar flúor precisamente às olefinas, controlando exatamente onde e como ele é adicionado. Como esse método não é apenas ecologicamente correto, mas muito específico, ele permite a criação mais eficiente de novos compostos úteis que eram difíceis de fazer antes.
Essa abordagem preenche uma grande lacuna na química molecular, pois os métodos anteriores para adicionar flúor eram limitados e ineficientes. Ela também abre novas possibilidades para criar melhores medicamentos e produtos agrícolas, pois os compostos fluorados são frequentemente mais eficazes, estáveis e duradouros do que seus equivalentes não fluorados. Isso significa que fertilizantes e herbicidas podem ser mais eficazes na proteção de plantações, e os medicamentos podem ser mais potentes ou ter menos efeitos colaterais.
“Este avanço representa uma mudança significativa na forma como abordamos a síntese de compostos fluorados, cruciais em inúmeras aplicações, da medicina à agricultura”, disse Zhao. “Ao aproveitar o poder das enzimas ativadas pela luz, desenvolvemos um método que melhora a eficiência dessas sínteses e se alinha com a sustentabilidade ambiental. Este trabalho pode abrir caminho para novas tecnologias mais verdes na produção química, o que é uma vitória não apenas para a ciência, mas para a sociedade em geral.”
A pesquisa avança a missão de bioenergia da CABBI ao ser pioneira em métodos inovadores em biocatálise que podem aumentar a produção de produtos químicos de base biológica — aqueles derivados de recursos renováveis, como plantas ou microrganismos, em vez de petróleo. O desenvolvimento de processos bioquímicos mais eficientes e ecologicamente corretos se alinha com o foco da CABBI em criar soluções de bioenergia sustentáveis que minimizem o impacto ambiental e reduzam a dependência de combustíveis fósseis.
Ele também contribui para a missão mais ampla do Departamento de Energia dos EUA (DOE) de impulsionar avanços em bioenergia e bioprodutos. Os métodos desenvolvidos neste estudo podem levar a processos industriais mais sustentáveis que consomem menos energia e reduzem o desperdício químico e a poluição, apoiando as metas do DOE de promover tecnologias de energia limpa. A capacidade de criar compostos fluorados de alto valor de forma eficiente pode levar a melhorias em vários campos, incluindo fontes de energia renováveis e bioprodutos que apoiam o crescimento econômico e a sustentabilidade ambiental.
“Nossa pesquisa abre possibilidades fascinantes para o futuro do desenvolvimento farmacêutico e agroquímico”, disse Li. “Ao integrar flúor em moléculas orgânicas por meio de um processo fotoenzimático, não estamos apenas aprimorando as propriedades benéficas desses compostos, mas também fazendo isso de uma maneira mais ambientalmente responsável. É emocionante pensar sobre as aplicações potenciais do nosso trabalho na criação de produtos mais eficazes e sustentáveis para o uso diário.”
Os pesquisadores do CABBI Yujie Yuan, Wesley Harrison e Zhengyi Zhang, do ChBE e IGB em Illinois, foram coautores deste estudo.
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