Biotehnologii

Pentru a raspunde presiunilor socio-economice tot mai puternice guvernele solicita tot mai insistent companiilor farmaceutice producerea unor medicamente mai „bune“ la un pret mai scazut [ [1] ]. Medicamentele mai „bune“ sunt acele medicamente cu specificitate mai ridicata si cu mai putine efecte secundare, ceea ce inevitabil înseamna molecule complexe. În 1997, de exemplu, 50 din cele mai bine vândute 100 de medicamente au fost comercializate sub forma unui singur izomer [ [2] ].

Importanta obtinerii compusilor enantiomeric puri a capatat o noua dimensiune începând cu anul 1992 când Administratia alimentelor si medicamentelor din S.U.A. (F.D.A) a impus producatorilor de medicamente sa sintetizeze, caracterizeze si testeze ambii enantiomeri ai oricarei substante chirale ce este introdusa pe piata. FDA recomanda sa nu fie interzisa comercializarea medicamentelor sub forma racemica, dar aprobarea finala a produselor farmaceutice sa se bazeze pe o informare completa asupra farmacocineticii si farmacodinamiei fiecarui izomer ca si a amestecului. De exemplu, printre cerintele obligatorii este inclusa necesitatea demonstrarii biodisponibilitatii medicamentului. Enantiomerii manifesta în general proprietati farmacocinetice destul de diferite, ceea ce face ca determinarea biodisponibilitatii sa fie un obiectiv complex care va include separarea enantiomerilor si investigarea proprietatilor farmacocinetice ale acestora considerati ca entitati-molecule individuale.

Aceasta situatie pare sa semene într-o oarecare masura cu cazul benzinei fara plumb. Autoritatile nu au interzis categoric folosirea benzinei cu plumb, alegând o cale mult mai subtila pentru a o face mai putin atractiva în comparatie cu benzina fara plumb si anume prin instituirea de penalitati. Desi rezultatul final este practic acelasi (scoaterea de pe piata a benzinei etilate), metoda utilizata a fost mult mai acceptabila pentru cei vizati.

Desi atentia autoritatilor s-a concentrat în prima etapa asupra medicamentelor si alimentelor propuse avizarii, acestea sunt îndeaproape urmate de substantele agrochimice. Deja, în Olanda, folosirea erbicidelor pe baza de acid ± -fenoxipropionic sub forma de racemic a fost sever îngradita. Tendinta actuala, în acord cu principiile ecologice, conduce catre utilizarea unor agenti bioactivi enantiomeric puri.

Utilizarea sistemelor enzimatice în sinteza organica a devenit un instrument fundamental pentru realizarea unor reactii selective, cu eficacitate ridicata, atunci când dorim scaderea consumului de solventi, conditii de reactie blânde si cai de reactie mai scurte.

Principalele aplicatii se refera la sinteza compusilor chirali enantiomeric puri si transformarile regio- si chemoselective ale substraturilor complexe, polifunctionale, deoarece biocatalizatorii pot discrimina între enantiomeri, între diastereoizomeri, între functiuni organice identice existente într-o molecula organica, etc.

Progresul înregistrat în obtinerea unor cantitati mari de enzime purificate cu capacitati catalitice cunoscute prin utilizarea microorganismelor modificate genetic a largit semnificativ domeniul de utilizare a biocatalizatorilor în sinteza organica fina.

Este bine cunoscut ca enzimele hidrolitice pot fi utilizate ca „reactivi“ datorita faptului ca sunt secretate mai usor, ca au o stabilitate buna ce poate fi crescuta prin diferite tehnici de imobilizare si mai ales ca nu necesita cofactori.

Alte enzime cum ar fi oxidoreductazele sunt mai putin utilizate ca atare în biotransformari de importanta industriala, deoarece costul si stabilitatea enzimelor ca si regenerarea cofactorilor sunt înca probleme nerezolvate satisfacator. De aceea, în cazul reactiilor de reducere sunt preferate biotransformarile microbiene. În prezent, dintre drojdii, doar drojdia de panificatie (S.cerevisiae) este acceptata de chimistii organicieni ca biocatalizator. Din cele 8 biotransformari publicate în Organic Synthesis, 5 sunt reactii de hidroliza enzimatica iar 3 de reducere. Dintre ultimele doua sunt catalizate de S.cerevisiae.

5. 2. Strategia dezvoltarii proceselor de biotransformare microbiana

Atunci când se proiecteaza un nou proces ce are drept scop sinteza (chimica sau biochimica) unei substante, una din principalele probleme ce trebuie rezolvate o constituie gasirea unui (bio)catalizator potrivit. Daca un anumit substrat este transformat cu o viteza convenabila si cu o enantioselectivitate acceptabila (ee³95%), se poate preconiza trecerea la scara industriala. De regula, succesul integrarii unei biotransformari ca etapa cheie în sinteza moleculelor complexe utilizate în industria farmaceutica si agricultura depinde de îndeplinirea a trei cerinte [ [3] ]:

- gasirea unui substrat ieftin care sa poata fi transformat cu un randament acceptabil (tehnic si economic) în intermediarul vizat;

- intermediarul respectiv sa poata fi functionalizat stereo si enantioselectiv în etapele ce urmeaza dupa etapa biochimica a procesului;

- sa poata fi obtinuti ambii enantiomeri ai intermediarului pentru a asigura sinteza izomerilor optici ai moleculei tinta [4]

Aceasta sarcina este considerabil îngreunata de faptul ca în majoritatea cazurilor substratul ce trebuie transformat este un compus artificial, fiind extrem de dificila daca nu imposibila identificarea a priori a unui biocatalizator capabil sa realizeze transformarea dorita cu enantioselectivitate rezonabila [ [5] ].

Obtinerea unor biocatalizatori noi sau cu proprietati superioare se bazeaza pe doua tipuri de metode: screeningul surselor naturale si mutageneza. Selectia celulelor microbiene, de plante sau animale reprezinta metoda traditionala de obtinere a unor noi biocatalizatori. Microorganismele sunt preferate datorita vitezei mari de crestere si a marii diversitati de cai metabolice si enzime de care dispun.

În descoperirea organismelor producatoare de noi enzime se utilizeaza tehnici de îmbogatire a culturii, sustinute de metode de detectie rapide ce se preteaza la automatizare si miniaturizare (metodele uzuale de analiza utilizate în domeniul biotransformarilor cum sunt cromatografia de gaze sau cea de înalta performanta sunt metode lente). Exista doar câteva tehnici de selectie cu aplicabilitate generala, metodele de selectie fiind în general specifice cazului investigat.

O strategie de selectie a microorganismelor se poate construi în principiu, folosind una din urmatoarele 3 abordari:

1) selectia niselor ecologice specifice în care este posibila gasirea activitatii enzimatice dorite;

2) selectia materialelor compozite (de exemplu probe de sol) pentru microorganisme cu activitati specifice în conditii fizico-chimice speciale de pH, temperatura, concentratie ionica;

3) selectia organismelor deja identificate, existente în colectii pentru descoperirea unei noi activitati enzimatice.