A John Ralph (balra), a Wisconsin-Madison Egyetem biokémiaprofesszora és Steve Karlen kutató által vezetett csapat szabadalmat kapott egy olyan módszerre, amellyel a Tylenol hatóanyagát, a paracetamolt növényi anyagból származó természetes vegyületből szintetizálják. Fotó: Chelsea Mamott
A Great Lakes Bioenergy Research Center kutatói egy új módszerrel, amellyel egy népszerű fájdalomcsillapító gyógyszert nem fosszilis tüzelőanyagokból, hanem növényekből szintetizálnak, megtalálták a módját annak, hogy egyszerre két fejfájást is enyhítsenek.
A John Ralph, a Wisconsin-Madison Egyetem biokémiaprofesszora által vezetett csapat szabadalmat kapott egy olyan módszerre, amellyel acetaminofen – a Tylenol hatóanyaga – szintetizálható növényi anyagból származó természetes vegyületből. A megközelítés megújuló alternatívát kínál a jelenlegi gyártási eljárással szemben, amely kőszénkátrányból származó vegyi anyagokat használ. Emellett hasznos terméket állít elő a növényi sejtfalak egy bőséges, de nehezen kezelhető összetevőjéből, a ligninből.
A képen ligninminták a Wisconsin Energy Institute laboratóriumában. Fotó: Chelsea Mamott
“A lignin egy rendkívül összetett, rendetlen polimer. Nincs két teljesen egyforma molekula egy növényben” – mondja Ralph. “Nagyon hatékonyan biztosítja a növény szerkezetét és védelmét, de számunkra nagy kihívást jelent a lebontása használható anyagokká.”
A bioenergetikai növényekben, például a nyárfában található lignin visszahúzódó hajlamai miatt fejfájást okozhat a bioenergia-kutatóknak, mondja Ralph. Miután a növényi cukrokat bioüzemanyagok előállítására használják fel, a visszamaradó lignint általában elégetik energiahordozónak.
A Wisconsin Alumni Research Foundation által benyújtott szabadalmi bejelentés leírja, hogyan lehet a ligninben található molekulát acetaminophenné alakítani. A szabadalmat májusban ítélték oda Ralphnak, Steven Karlennek az UW-Madisonból és Justin Mobley-nak, a GLBRC korábbi posztdoktori munkatársának, aki jelenleg a Kentucky Egyetemen dolgozik.
Steve Karlen, az UW-Madison kutatója mintát készít John Ralph laboratóriumában a Wisconsin Energy Institute épületében Madisonban, Wis-ben, 2019. június 27-én, csütörtökön. Fotó: Chelsea Mamott
Szerkezetileg az acetaminofen egy viszonylag egyszerű vegyület: egy hat szénatomos benzolgyűrű, amelyhez két kis kémiai csoport kapcsolódik. A nyárfák a természetben egy nagyon hasonló szerkezetet, a p-hidroxibenzoátot termelnek, amely a ligninhez kötődik.
“Bár magát a lignint nehéz lebontani, a p-hidroxibenzoátot viszonylag könnyen levágható egy egészen tiszta folyamként” – mondja Ralph.
A kutatók innen egy rövid kémiai reakciósorozatot dolgoztak ki, hogy a molekulát acetaminofénné alakítsák át. A módszer olcsó, és egy korábban a GLBRC-ben kifejlesztett biomassza előkezelési eljárásra épül.
Amellett, hogy a most szabadalmaztatott eljárás feltérképezi a paracetamol megújuló, fenntartható alapanyagból történő szintézisének módját, javítja a biofinomítás – azaz a növényekből üzemanyagok és más ipari anyagok előállítása – általános eredményét.
“A melléktermékekből származó bevétel segít a biofinomítás gazdaságosságának növelésében” – magyarázza Ralph. “Sok esetben ezek a termékek még az üzemanyagnál is értékesebbek.”
A növényi anyag azt a kémiai előnyt is kínálja, hogy olyan molekulából indul ki, amely már rendelkezik a kívánt szerkezet egy részével. A bonyolultabb petrolkémiai anyagokat először le kell bontani az alapvető molekuláris gerincekre, mielőtt a kívánt vegyületekké épülnének vissza.
“Ahogy az iparágak felkészülnek a fosszilis tüzelőanyag-alapú gazdaságtól való eltávolodásra, a biomassza alapú útvonalak készenlétben tartása lényeges része lesz ennek a folyamatnak” – mondja Ralph. “Itt a lehetőség, hogy fosszilis tüzelőanyagok helyett növényekből állítsunk elő egy nagy keresletű, “zöld” gyógyszert.”
Az acetaminofen és a rokon molekulák hasznosak alapanyagként is, olyan ipari építőelemekként, amelyekből többek között más gyógyszereket, műanyagokat és üzemanyagokat állítanak elő.
A kutatók most az eljárás finomításán dolgoznak, hogy javítsák a növényi eredetű paracetamol hozamát és tisztaságát.
A kutatás az Energiaügyi Minisztérium támogatásával valósult meg (DE-SC0018409).