2021-03-22 / Autor: Lux Research
Biologia syntetyczna (SynBio) stanowi połączenie biologii molekularnej i inżynierii, a jej celem jest projektowanie i tworzenie sztucznych systemów biologicznych wzorowanych na naturalnych. Swoje zastosowanie może mieć również w odniesieniu do przemysłu chemicznego.
Przywołana dziedzina nauki pojawiła się jako alternatywa dla tradycyjnej syntezy petrochemicznej w zastosowaniach rolno-spożywczych, kosmetycznych i higieny osobistej, chemikaliach i produktach konsumenckich. Skuteczne wykorzystanie możliwości SynBio wymaga zrozumienia właściwej strategii dla każdej z różnych propozycji wartości, które może zaoferować, w tym korzyści marketingowych, korzyści dla środowiska, nowatorskich produktów, tańszej i elastycznej produkcji. W następnej dekadzie SynBio będzie ewoluować, począwszy od wytwarzania niszowych produktów o „zielonych” referencjach, poprzez tworzenie nowych molekuł niedostępnych przy obecnej technologii, aż do opracowywania innowacyjnych modeli biznesowych opartych na rozwoju szczepów i fermentacji jako usłudze.
Jednocześnie też biologia syntetyczna ma bardzo duży potencjał jako alternatywna metoda produkcji chemikaliów.
Metoda do zastosowania w przemyśle chemicznym
Podczas gdy tradycyjna synteza petrochemiczna doprowadziła do produkcji wielu chemikaliów i materiałów na skalę komercyjną, to ograniczenia technologii, a także jej rzeczywiste i domniemane złe skutki skłoniły naukowców do zbadania również metod biologicznych. Biologiczne katalizatory (enzymy) oferują bowiem lepsze szybkości reakcji, selektywność i wydajność, a ponadto nie wymagają wysokich temperatur ani ciśnień.
Możliwe jest dzięki nim przetwarzanie biomasy, odpadów lub innych surowców bardziej przyjaznych dla środowiska – a wszystko to z szansą na uzyskanie certyfikatu „naturalnego” pochodzenia biologicznego.
W ciągu ostatniej dekady opracowano narzędzia biologiczne, od inżynierii genetycznej po syntezę DNA, aby ułatwić kreowanie organizmów wykorzystujących fermentację do wytwarzania różnych pożądanych cząsteczek z cukrów lub innych biologicznych surowców. W rezultacie wzrosło zainteresowanie i aktywność w podejściu zwanym biologią syntetyczną. Powstały firmy warte setki milionów dolarów, które generują lawinę innowacji.
Pomimo swoich zalet SynBio nie jest do wszystkiego
Nie wszystkie syntezy nadają się do fermentacji; określone zastosowanie może nie być odpowiednie z jednego lub dwóch powodów.
Mikroorganizmy mogą nie być w stanie metabolizować pożądanego surowca. Chociaż może to stanowić wyzwanie dla niektórych surowców, takich jak ropa naftowa, to drobnoustroje w naturalny sposób metabolizują cukier w celu wytworzenia różnorodnych celów chemicznych, a wiele rodzajów biomasy można przekształcić w cukry.
Geny mogą nie istnieć, aby wytworzyć docelowy związek. Chociaż drobnoustroje można łatwo modyfikować genetycznie, aby wytwarzać różnorodne związki, to jednak niektórym z nich brakuje kodu genetycznego do produkcji. Być może uda się rozwinąć niezbędne geny, ale niektóre cząsteczki są bardziej dostępne niż inne.
Szczególnie dobrze jednak metody biologii syntetycznej działają w odniesieniu do produktów naturalnych i produktów enancjomerycznych. W przypadku produktów pochodzenia naturalnego, jeśli szukane geny znajdują się w naturze, to synteza wymaga mniejszego wysiłku poprzez fermentację mikrobiologiczną.
Jeśli zaś chodzi o produkty enancjomeryczne, to są one środkami farmaceutycznymi dostępnymi w jednej konkretnej postaci enancjomerycznej. Większość cząsteczek biologicznych występuje tylko w jednej z wielu postaci chiralnych, więc różne enancjomery chiralnej cząsteczki leku wiążą się inaczej z docelowymi receptorami.
Słabiej zaś metody biologii syntetycznej sprawdzają się przy okazji związków nieorganicznych: generalnie bowiem drobnoustroje najlepiej przekształcają źródło węgla w produkt zawierający węgiel oraz w przypadku węglowodorów – większość surowców fermentacyjnych to utlenione związki węgla – od cukru po CO2. Wytwarzanie czystych węglowodorów jest mniej wydajne ze względu na konieczność usuwania tlenu.
SynBio oferuje szereg korzyści w zastosowaniach przemysłowych i konsumenckich
Umiejętność modyfikowania drobnoustrojów do produkcji chemikaliów na żądanie to ważna sprawa dla technologa, ale jaki jest biznesowy argument przemawiający za zastosowaniem podejścia SynBio w stosunku do tradycyjnej chemii syntetycznej, która jest znana od dawna? Zidentyfikować można tutaj następujące aspekty:
Istniejące korzyści
W przypadku chemikaliów korzyści środowiskowe są najbardziej odpowiednią propozycją budowania wartości dla metod fermentacji. Perspektywa wykorzystania biomasy jako surowca do produkcji chemicznej może pomóc w zmniejszeniu emisji CO2 i stać się standardem w branży, która to branża podlega coraz większej kontroli pod kątem swego wpływu na środowisko.
Biorąc pod uwagę, że produkty specjalistyczne są produkowane w mniejszych wolumenach, istnieje możliwość obniżenia kosztów istniejących produktów, czego przykładem jest choćby biotechnologiczna firma Genomatica, która wykorzystuje redukcję kosztów jako propozycję wartości dla swojego 1,4-butanodiolu i kaprolaktamu.
Istnieją pewne możliwości opracowania nowych chemikaliów z wykorzystaniem fermentacji, takich jak kwas bursztynowy i kwas furandikarboksylowy (FDCA).
Nowatorskie chemikalia najlepiej nadają się do zastosowań specjalistycznych, ponieważ wyzwania związane ze skalą i rozwojem rynku doprowadziły do licznych niepowodzeń wśród tych producentów, którzy zajmują się produkcją chemikaliów masowych pochodzących z procesu fermentacji.
CAŁY ARTYKUŁ ZNAJDĄ PAŃSTWO W NR 1/2021 DWUMIESIĘCZNIKA "CHEMIA I BIZNES". ZAPRASZAMY.
WięcejSklep
Książka: Surfaktanty i ich zastosowanie w produktach kosmetycznych
95.00 zł
Książka: Atlas Mikrobiologii Kosmetyków
94.00 zł
Książka: Zagęstniki (modyfikatory reologii) w produktach kosmetycznych
78.00 zł
“Chemia i Biznes” nr 1/2025
20.00 zł
“Chemia i Biznes” nr 6/2024
30.00 zł
"Kosmetyki i Detergenty" nr 4/2024
30.00 zł
Emulsje i inne formy fizykochemiczne produktów kosmetycznych. Wprowadzenie do recepturowania
108.00 zł
Bilety - XIV Międzynarodowa Konferencja Przemysłu Detergentowego
639.60 zł
WięcejNajnowsze
WięcejNajpopularniejsze
WięcejPolecane
WięcejW obiektywie
Legislacja, trendy i surowce: X edycja Konferencji Przemysłu Chemii Budowlanej
3 grudnia 2024 r. odbyła się w Warszawie 10. edycja Konferencji Przemysłu Chemii Budowlanej. W...
Marki własne w Kielcach
6 i 7 listopada br. do Targów Kielce na Targi Marek Własnych przyjechali przedstawiciele sektora marek...
Targi Packaging Innovations stałym punktem w branży opakowaniowej
W dniach 9-10 października br. w EXPO Kraków, odbyła się 16. edycja Międzynarodowych Targów...
Targi Warsaw Pack ważne dla sektora opakowań
Warsaw Pack to wydarzenie, gdzie liderzy branży prezentują najnowsze technologie pakowania i...