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Sviluppo di processi di bioconversione

Una bioconversione sostituisce uno step chimico con uno biologico: un enzima o una cellula intera che trasformano il tuo substrato nel tuo prodotto, in condizioni più blande della chimica che sostituiscono. Vale la pena farla quando è più economica, più pulita o più selettiva, e vale la pena fermarsi presto quando non lo è.

Parliamo della tua reazione

DA DOVE SI PARTE

Che cosa si chiede a una bioconversione

La biotrasformazione è un mezzo, non un obiettivo. Questi sono i tre motivi per cui di solito vale lo sviluppo che richiede.

Sostituire uno step chimico

Un reagente difficile, una sequenza di protezione e deprotezione, una separazione che esiste solo perché l’ha creata la chimica. Uno step biocatalitico spesso elimina in un colpo il motivo di tutti e tre.

Ottenere una selettività che la chimica non dà

Regio- e stereoselettività su una molecola dove la via chimica dà una miscela, e dove separare quella miscela è il costo vero del processo.

Convertire una molecola in un’altra

Attivazione di un composto nella sua forma più attiva, o trasformazione di un substrato nel metabolita che ti serve in quantità. Enzima libero o cellula intera, a seconda di ciò che richiedono la reazione e il cofattore.

Come si svolge un progetto

Tre fasi, ciascuna che si chiude con una decisione e non con un report. Quanto dura ciascuna dipende dalla reazione: la dimensioniamo dopo il primo confronto, non prima.

Fase uno

Proof of concept

Esiste un biocatalizzatore per questa trasformazione, e funziona sul tuo substrato invece che su quello da manuale? Enzimi e sistemi a cellula intera in screening parallelo, prime conversioni, conversione e selettività misurate con un metodo di cui ci fidiamo. Go o no-go, detto presto.

Fase due

Ottimizzazione

Carico di substrato, cosolvente, pH e temperatura, rigenerazione del cofattore dove la reazione lo richiede, dose di enzima o di biomassa, e la scelta tra enzima libero, biocatalizzatore immobilizzato e cellula intera. Dove il limite è il catalizzatore, mutagenesi; dove non lo è, le condizioni intorno.

Fase tre

Industrializzazione

Resa spazio-tempo, costo del catalizzatore per chilogrammo di prodotto, il downstream che deve seguire la conversione e la riproducibilità al volume a cui intendi lavorare.

Che cosa misuriamo

Una percentuale di conversione da sola dice molto poco. Questi sono gli endpoint che riportiamo.

Conversione — substrato consumato e prodotto formato, con il metodo dichiarato
Selettività — regio-, stereo- e chemoselettività, e i sottoprodotti che ne derivano
Resa spazio-tempo — prodotto per litro e per ora, che è ciò per cui si compra un reattore
Produttività del biocatalizzatore — chilogrammi di prodotto per chilogrammo di enzima o di biomassa, cioè quanto ti costa il catalizzatore

Inibizione da substrato e da prodotto — il tetto al carico, e se si può spostare
Stabilità nelle condizioni di reazione — per quanto il biocatalizzatore resta attivo dove deve davvero lavorare
Comportamento nella matrice reale — con la qualità del tuo substrato e le tue impurezze, non con uno standard purificato
Riproducibilità — le stesse condizioni ripetute, con la dispersione dichiarata invece del run migliore

Il laboratorio dietro tutto questo

Dotazione

Reazione	Reattori stirred tank e a letto fisso, per lavorazioni batch e in continuo, su scala di laboratorio e pilota
Immobilizzazione	Screening di supporti e chimiche di coupling, prove di carico e cicli di riuso
Recupero del biocatalizzatore	Ultrafiltrazione e filtrazione tangenziale per separarlo e rimetterlo in ciclo
Analitica	HPLC e UPLC, gascromatografia, spettrofotometria e saggi enzimatici

Che cosa porti a casa

Biocatalizzatore	L’enzima o il sistema a cellula intera, nella forma che serve al processo
Dossier	Dati, condizioni provate e risultati, nella forma che serve al tuo fascicolo tecnico
Lotto pilota	Produzione in scala quando il progetto arriva a quel punto

Partiamo dalla reazione

Raccontaci il substrato, il prodotto e la scala a cui punti. Ti diremo se una via biocatalitica vale la pena di essere provata e come sarebbe la prima fase.