O echipă condusă de John Ralph (stânga), profesor de biochimie la Universitatea din Wisconsin-Madison, și de cercetătorul Steve Karlen a primit un brevet pentru o metodă de sintetizare a paracetamolului – ingredientul activ din Tylenol – dintr-un compus natural derivat din material vegetal. Fotografie de Chelsea Mamott
Cu o nouă metodă de sintetizare a unui medicament popular pentru ameliorarea durerii din plante, mai degrabă decât din combustibili fosili, cercetătorii de la Great Lakes Bioenergy Research Center au găsit o modalitate de a ameliora două dureri de cap deodată.
O echipă condusă de John Ralph, profesor de biochimie la Universitatea din Wisconsin-Madison, a primit un brevet pentru o metodă de sintetizare a paracetamolului – ingredientul activ din Tylenol – dintr-un compus natural derivat din material vegetal. Abordarea oferă o alternativă regenerabilă la procesul actual de fabricație, care utilizează substanțe chimice derivate din gudron de cărbune. De asemenea, creează un produs util dintr-o componentă abundentă, dar dificil de gestionat, a pereților celulari ai plantelor, numită lignină.
În imagine sunt mostre de lignină în laboratorul de la Wisconsin Energy Institute. Fotografie de Chelsea Mamott
„Lignina este un polimer extrem de complex și dezordonat. Nu există două molecule într-o plantă care să fie exact la fel”, spune Ralph. „Este foarte eficientă pentru a asigura structura și apărarea plantei, dar este o provocare pentru noi să o descompunem în materiale utilizabile.”
Lignina din culturile bioenergetice, cum ar fi plopii, poate crea bătăi de cap cercetătorilor în domeniul bioenergiei din cauza tendințelor sale recalcitrante, spune Ralph. Odată ce zaharurile din plante sunt folosite pentru a produce biocombustibili, lignina care rămâne este de obicei arsă pentru energie.
Domanda de brevet, depusă de Wisconsin Alumni Research Foundation, descrie o modalitate de a transforma o moleculă care se găsește pe lignină în paracetamol. Acesta a fost acordat în luna mai lui Ralph, lui Steven Karlen de la UW-Madison și lui Justin Mobley, un fost bursier postdoctoral al GLBRC, care se află acum la Universitatea din Kentucky.
Steve Karlen, cercetător științific la UW-Madison, pregătește o mostră în laboratorul lui John Ralph, în clădirea Wisconsin Energy Institute din Madison, Wis. joi, 27 iunie 2019. Fotografie de Chelsea Mamott
Structural, paracetamolul este un compus relativ simplu: un inel benzenic cu șase atomi de carbon cu două grupuri chimice mici atașate. Copacii de plop produc în mod natural o structură foarte asemănătoare, numită p-hidroxibenzoat, atașată la lignină.
„Deși lignina în sine este o provocare pentru a o descompune, p-hidroxibenzoatul este destul de ușor de tăiat ca un flux destul de pur”, spune Ralph.
De aici, cercetătorii au conceput o serie scurtă de reacții chimice pentru a transforma molecula în paracetamol. Metoda nu este costisitoare și se bazează pe un proces de pretratare a biomasei dezvoltat anterior la GLBRC.
Pe lângă faptul că a trasat o cale de a sintetiza paracetamol dintr-un material de bază regenerabilă și durabilă, procesul recent brevetat îmbunătățește rezultatul general al biorafinării – adică producerea de combustibili și alte materiale industriale din plante.
„Obținerea de bani din orice produs secundar ajută la stimularea economiei biorafinăriei”, explică Ralph. „În multe cazuri, aceste produse sunt chiar mai valoroase decât combustibilul.”
Materialul vegetal oferă, de asemenea, avantajul chimic de a porni de la o moleculă care are deja o parte din structura dorită. Produsele petrochimice mai complexe trebuie mai întâi să fie descompuse până la coloanele vertebrale moleculare de bază înainte de a fi reconstruite în compușii doriți.
„Pe măsură ce industriile se pregătesc să se îndepărteze de o economie bazată pe combustibili fosili, a avea la îndemână căi bazate pe biomasă va fi o piesă esențială a acestui proces”, spune Ralph. „Aici există o oportunitate de a produce un produs farmaceutic „verde”, cu cerere mare, din plante, mai degrabă decât din combustibili fosili.”
Acetaminofenul și moleculele înrudite sunt, de asemenea, utile ca produse chimice de bază, blocurile industriale folosite pentru a fabrica produse, inclusiv alte produse farmaceutice, materiale plastice și combustibili.
Cercetătorii lucrează acum la rafinarea procesului pentru a îmbunătăți randamentul și puritatea paracetamolului derivat din plante.
Această cercetare a fost susținută de un grant din partea Departamentului de Energie (DE-SC0018409).
.