Nora Weber, på avdelningen Teknisk Mikrobiologi, LTH, har skrivit en avhandling som handlar om att skräddarsy mikroorganismer så att de kan utföra kemiska reaktioner. Nästan alla material och produkter vi har omkring oss idag har framställts genom kemiska metoder. Ofta används olja vilken så småningom kommer sina, som utgångskemikalie. När de framställda produkterna sedan förbränns efter användning släpps koldioxid ut vilket leder till klimatförändringar. Ett långsiktigt mål med att använda mikroorganismer för att utföra kemiska reaktioner är därför att kunna ersätta oljan med förnyelsebara råvaror.

 

Nora Weber

 

Framställningen av kemiska produkter sker oftast med hjälp av katalysatorer vilka definieras av att de höjer hastigheten på kemiska reaktioner utan att själva förbrukas. Katalysatorerna kan till exempel vara organiska molekyler som framställs genom komplicerade processer, eller metaller som kan vara både giftiga och förorena produkten. Biokatalys använder istället enzymer, vilka är biologiska katalysatorer gjorda av protein eller hela celler (vilka innehåller enzymer). Därför är katalysatorerna inom biokatalys biologisk nerbrytningsbara samt både billiga och enkla att producera, eftersom man kan odla dem i sockerlösningar eller t.o.m. på avfall från livsmedelsindustrin.

 

När man har en molekyl kan de kemiska grupperna (delarna), till exempel en amingrupp, peka i två olika riktningar. Dessa olika former av molekylen kan ha helt olika effekter eller bi-verkningar i kroppen och om så är fallet får läkemedel bara innehålla den ena formen. Biokatalysatorer är väldigt selektiva och omvandlar bara en av formerna vilket är en mycket användbar egenskap vid läkemedelstillverkning. Dessutom kan de framställa kemiska byggstenar eller hela läkemedel i ett enda processteg, medan kemiska processer kräver många processteg. Processer med biokatalysatorer är även användar- och miljövänliga p.g.a. att man kan använda vatten som lösningsmedel istället för andra giftiga lösningsmedel.

Organisk syntes

 

Jästsvampskemi

Nora Weber har studerat hur hela jästceller kan användas som biokatalysatorer. Jästsvampar har ett flertal fördelar jämfört med att utnyttja enzymer som upprenats från celler. Dom är t.ex. mycket billigare att producera än upprenade enzymer eftersom man slipper hela uppreningsprocessen. Speciellt reaktioner som kräver flera steg och många enzymer är bra att utföra i hela celler eftersom alla enzymer kan produceras direkt i cellen. Vidare kan man utnyttja cellens egen metabolism för att producera ämnen cellen behöver använda som bi-ämne i reaktionen, för att framställa kemiska byggstenar eller läkemedel. Nackdelar med hela celler är dock att problematiska bi-produkter kan bildas och att transporten av utgångskemikalie och produkt till och från cellen kan vara begränsande. Slutligen kan både utgångskemikalien och produkten vara giftiga för cellerna.

 

Inom avhandlingsarbetet har Nora Weber studerat två olika sorters reaktioner, (I) transamination där en amingrupp flyttas från en molekyl till en annan och skapar en ketongrupp där amingruppen tidigare var; och (II) reduktion där till exempel en ketongrupp reduceras till en alkoholgrupp. Båda dessa reaktioner är viktiga vid framställning av flera olika läkemedel som till exempel används vid behandling av Alzheimer’s, diabetes eller HIV. För att kunna utföra dessa reaktioner genmodifierades flera olika jäststammar och visade att dessa kan användas för att framställa byggstenar för läkemedel. Specifikt visade Nora Weber att man kan använda genmodifierad bagerijäst för biokatalytisk transamination för produktion av kirala aminer vilket inte var känt sedan tidigare. Nora Weber visar även att man kan låta cellerna metabolisera socker för att framställa bi-ämnen som behövs både i transaminations- och reduktionsreaktionen. På så sätt har avhandlingsarbetet bidragit till en ökad kunskap om hur biokatalys med hela celler kan användas.

 

Nora Weber, e-mail: nora.weber@tmb.lth.se

Doktorand vid Avdelningen för Teknisk Mikrobiologi, LTH

Magnus Carlquist, e-mail: magnus.carlquist@tmb.lth.se

Universitetslektor, Docent, vid Avdelningen för Teknisk Mikrobiologi, LTH