Innováció a tengeri algák világában: Az alginátok jövője

Évente több ezer tonna barna alga kerül ki a tenger fenekéről különböző vegyületek, például alginátok előállítása céljából. Ezek a természetes polimerek kivételes sűrűséggel és szilárdsággal rendelkeznek, ezért nagy potenciállal bírnak a biotechnológiai alkalmazások terén. Most azonban egy nemzetközi kutatócsapat, melyet a Barcelona Egyetem vezet, felfedezte azokat a mechanizmusokat, amelyek révén egy speciális enzim, az alginát-lizáz (AL) képes lebontani ezeket a tengeri biomateriálokat. Ennek a felfedezésnek köszönhetően a jövőben az alginátok gyógyszerszállítóként, adalékanyagként vagy sűrítőként való felhasználása is valósággá válhat.

A kutatócsapat összetétele

A kutatás fő szerzője, José Pablo Rivas-Fernández, a Barcelona Egyetem Kémiai Karán dolgozik, míg a vezető professzor Carme Rovira, az ICREA kutatója. A csapat közöttük a Dán Műszaki Egyetem (DTU) biotechnológusa, Casper Wilkens, valamint az Oslo-i Műszaki Egyetem (NTNU) és az Egyesült Államokban található Észak-Karolinai Állami Egyetem szakértői is megtalálhatóak.

Az alginátok kihívásai

Hiába található meg nagy mennyiségben az alginát a tengeri környezetben, a biomedikai alkalmazások területén jelentős korlátokkal kell szembenéznünk. Ennek oka a természetes állapotban található alginátok összetételének heterogenitása, amely a mannuronsav és guluronsav cukrok eltérő arányait tartalmazza. Az AL enzimek működésének megértése, amelyek képesek specifikusan lebontani a mannuronsav-alkotó elemek közötti kötelékeket, segíthet ezen korlátok leküzdésében.

Új lehetőségek a zöld gazdaságban

Az eredmények megteremtik a lehetőséget az enzimek manipulálására, így új verziók tervezésére, amelyek jobb katalitikus tulajdonságokkal bírnak és nagyobb hatékonysággal dolgoznak nagy léptékben. A kutatók szerint, amennyiben sikerül ipari technikák és bioprocesszek révén optimalizálni a „testreszabott alginátok” termelését, megvalósíthatjuk a társadalmi igényeket kielégítő mennyiségeket. Az enzimek kulcsszerepet játszanak az alginátok előállításában, ami nem csak a természetes erőforrások jobb kihasználását jelenti, hanem a zöld gazdaság előmozdítását is.

Kibővített kutatási perspektívák

A kutatás egy része a MareNostrum 5 szuperszámítógép számítási elemzésén alapult. A BARcelona Supercomputing Center (BSC-CNS) segítségével a kutatócsapat molekuláris dinamikai szimulációkat végzett, hogy részletes atom szintű leírást kapjanak az alginátok lebontása során létrejövő kémiai reakciókról. Ezek a szimulációk tisztázták azokat a tudományos eltéréseket, amelyek a reakció szakaszainak számát övezték, megerősítve, hogy a reakció egy szakaszban, a polimer középpontján következik be és nem az egyik végén.

Az alginátok szerepe a tudományban

A kutatók folytatják a munkát olyan probák tervezésén, amelyek képesek az alginát-lizázok hatékony azonosítására, amelyek még nem kerültek leírásra. Ez a felfedezés jelentős lépést jelent a szénhidrátok aktív enzimeinek azonosításában és a biotechnológiai alkalmazásokhoz szükséges új enzimek keresésében.

Ez a kutatás a Carbocentre projekt keretein belül valósul meg, amely az Európai Kutatási Tanács (ERC) Synergy Grant finanszírozásával támogatott. Az elért eredmények nem csupán a tudományos közösség, hanem a szélesebb társadalom számára is új lehetőségeket nyithatnak meg az alginátokkal végzett jövőbeli innovációk terén.