Nowe enzymy do wytwarzania ekologicznych kosmetyków
Synteza chemiczna stosowana obecnie w produkcji kosmetyków ma wiele ograniczeń, takich jak niepożądane skutki uboczne i potrzeba zapewnienia stabilnych warunków chemicznych. W rezultacie powszechne jest stosowanie biokonwersji opartych na enzymach przemysłowych o zmniejszonym wpływie na środowisko. Enzymy feruloilowe (FAE) i esterazy glukuronoilowe (GE) są znane ze swojej naturalnej zdolności rozkładania lignocelulozy, będącej podstawą biomasy roślinnej. Ponadto mogą katalizować syntezę szerokiej gamy bioaktywnych cząsteczek o interesujących właściwościach, w szczególności przeciwutleniających, z zastosowaniami w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i kosmetycznym. Naukowcy z finansowanego ze środków UE projektu OPTIBIOCAT chcieli zidentyfikować nowe enzymy do produkcji cząsteczek o działaniu przeciwutleniającym dla przemysłu kosmetycznego. „Naszym celem było poszukiwanie nowych enzymów w grzybach i bakteriach o ulepszonych i przyjaznych dla środowiska funkcjach”, wyjaśnia koordynator projektu, prof. Vincenza Faraco. Inżynieria nowych enzymów Powstało imponujące portfolio nowych enzymów, w tym ponad 550 nowych GE i 500 potencjalnych FAE zidentyfikowanych z genomów grzybów i bakterii na podstawie analiz bioinformatycznych. Naukowcy zsekwencjonowali i opisali genom pięciu różnych gatunków drożdży, dzięki czemu zidentyfikowali nowe FAE i GE, a także inne enzymy biorące udział w degradacji biomasy. Zespół projektu OPTIBIOCAT poszedł o krok dalej, projektując mutanty FAE i GE z nowych enzymów odkrytych w ramach projektu. Celem była poprawa wydajności fermentacji/produkcji i stabilizacja zarówno preparatów enzymatycznych, jak i cyklu życia biokatalizatorów. Ponadto, zaczynając od trzech znanych dostępnych FAE, przy wykorzystaniu metody losowej mutagenezy wyeksprymowano w drożdżach ponad 60 000 ukierunkowanych wariantów ewolucyjnych tych enzymów. Udoskonalone warianty o większej stabilności operacyjnej, odporności termicznej, wydajności i produktywności wybrano za pomocą zautomatyzowanych stacji roboczych. „Te biblioteki tysięcy wariantów enzymów stanowią źródło, które partnerzy projektu OPTIBIOCAT mogą dalej badać pod kątem innych właściwości związanych z zastosowaniami poza zakresem projektu”, kontynuuje prof. Faraco. Aby wybrać najbardziej obiecujących kandydatów do produkcji na skalę przemysłową, naukowcy wytworzyli je w komórkach gospodarzy, takich jak drożdże i grzyby. Po optymalizacji warunków osiągnięto wydajność produkcji na poziomie do 20 litrów. Poszerzanie portfolio związków przeciwutleniających Jednocześnie spośród dostępnych enzymów naukowcy wybrali dwóch najlepszych kandydatów w celu wygenerowania i scharakteryzowania biblioteki ponad 300 nowych związków. Do zidentyfikowanych związków zaliczały się estry o działaniu przeciwutleniającym, które są wartościowym dodatkiem do preparatów stosowanych w przemyśle kosmetycznym. W przypadku niektórych z tych związków przeprowadzono badania in vitro pod kątem działania drażniącego skórę. Wyniki tych testów potwierdziły bezpieczeństwo stosowania tych substancji w kosmetykach. Konieczne jest jednak dalsze badanie związków w celu zweryfikowania ich potencjalnych korzyści pod względem kosmetycznym. Ogólnie prace prowadzone w ramach projektu OPTIBIOCAT usprawniły syntezę FAE i GE, jednocześnie optymalizując reakcje biokonwersji. Co ważne, projekt promuje stosowanie procesów opartych raczej na enzymach niż na substancjach chemicznych, co przekłada się również na ograniczenie testów na zwierzętach, z oczywistymi konsekwencjami społeczno-ekonomicznymi. Jak stwierdził prof. Faraco: „wpływ badania wykracza poza wytwarzanie produktów kosmetycznych zawierających naturalne składniki; wiedza uzyskana w ramach tego projektu może być użyteczna w projektowaniu przyszłych usług i/lub produktów zgodnie z własnymi strategiami rozwoju partnerów spoza instytucji akademickich”. Biorąc pod uwagę wielomiliardowy rynek przemysłowych enzymów i przeciwutleniaczy, produkty opracowane w ramach projektu OPTIBIOCAT niewątpliwie zostaną szybko skomercjalizowane.
Słowa kluczowe
OPTIBIOCAT, przeciwutleniacz, kosmetyki, esteraza feruloilowa (FAE), esteraza glukuronoilowa (GE)
