محققان پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست فناوری با ارائه روش نوینی برای تثبیت آنزیم‌ها بر روی بسترهای نانویی به منظور تولید بیوکاتالیست‌های قابل کاربرد در بسیاری از واکنش‌های شیمیایی، موفق به کسب جایزه شیمی سبز از سوی یونسکو شد.
دکتر مهدی محمدی، مجری طرح با بیان این که این تحقیقات از سه سال قبل آغاز شده است، گفت: عمده کارهای تحقیقاتی من بر روی تثبیت آنزیم‌ها و استفاده از آنها در واکنش‌های شیمی آلی است که به آن بیوکاتالیست اطلاق میشود. این حوزه میان رشته‌ای در میان جامعه شیمی ایران بسیار نوپا بوده و با وجود پیشرفت‌های گسترده دنیا، دانشگاه‌ها و مراکز بسیار معدودی در این زمینه فعالیت می‌کنند.
وی با تاکید بر این که در مدت سه سال این تحقیقات در زمینه تثبیت آنزیم‌ها بر روی بسترهای مختلف قندی و نانو با استفاده از روشهای مختلف متمرکز شده است، اظهار داشت: اگر بخواهیم از آنزیم‌ها استفاده‌های صنعتی بیشتری داشته باشیم باید این آنزیم‌ها را از طریق تثبیت بر بسترهایی به صورت هتروژن در بیاوریم؛ از این رو تثبیت آنزیم گامی مهم در کاربردی کردن و صنعتی‌سازی آنزیم‌ها به شمار می‌رود.
محمدی آنزیم‌ها را کاتالیزگر فرایندهای زیستی توصیف کرد و یادآور شد: این کاتالیزگرهای زیستی در انجام واکنش‌ها، نقش مهمی ایفا می‌کنند که در سال‌های اخیر به دلیل انتخاب‌گری بالا و عدم آلایندگی محیط زیست کاربردهای وسیعی پیدا کرده‌اند.
وی با اشاره به مطالعات انجام شده در این زمینه گفت: در این مطالعات با هدف بالا بردن کارایی بیوکاتالیست و غلبه بر مشکل پرهزینه بودن واکنش‌های آنزیمی، روشهای گوناگونی برای تثبیت آنزیم‌ها بر روی بسترهایی با ساختارهای نانویی به کار گرفته شده‌اند، از آنزیم‌های تثبیت شده همچنین در بسیاری از واکنش‌های شیمیایی همانند هیدرولیز انتخابی روغن ماهی، تفکیک انانتیومرهای ترکیبات آلی، از بین بردن آلاینده‌های شیمیایی و تولید سوخت زیستی استفاده شده است.
مجری طرح به نقش آنزیم‌ها در تولید بیودیزل اشاره کرد و افزود: آنزیم‌ها قادر به تجزیه چربی‌ها و تبدیل آن به «متیل استر اسیدهای چرب» هستند که گزینه اصلی جانشینی کاتالیزگرهای شیمیایی در تولید سوخت‌های زیستی به حساب می‌آیند.
این محقق اضافه کرد: روشهای شیمیایی باعث پیچیده شدن فرایند تولید بیودیزل شده و آلودگی‌های زیست محیطی را به همراه دارد از این رو تلاش‌های زیادی برای جایگزین کردن آنها با آنزیم‌ها در جریان است. به گونه‌ای که اخیرا تولید آنزیم سوخت‌های زیستی در چین آغاز شده است؛ ولی مشکلات زیادی همچنان گریبانگیر این فرایند است.
استادیار پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک با بیان این که در مطالعات زیادی تلاش کردیم تا بیودیزل را به روش آنزیمی تولید کنیم اضافه کرد: یکی از مشکلات تولید آنزیمی بیودیزل،گران بودن و زمان بر بودن فرایند است که تمرکز اصلی این گروه تحقیقاتی بر غلبه بر این مشکلات متمرکز شده است.
محمدی، استفاده از روشهای ارزان قیمت و موثر تثبیت آنزیم بر روی بستر را از جمله راهکارهای کاهش هزینه‌های تولید بیودیزل نام برد و خاطرنشان کرد: در پروژه‌های متعدد از بسترهای متفاوتی مانند سیلیکا، سیلیکا با ساختار نانو حفره‌ای و نانو مگنت استفاده شده است.
وی با تاکید بر این که تثبیت آنزیم منجر به کاهش هزینه‌های تولید بیودیزل خواهد شد، اظهار داشت: زمانی که آنزیم بر روی بستر تثبیت میشود، آنزیم به حالت هتروژن درمی‌آید که در این حالت می‌توان چندین بار از بیوکاتالیست به دست آمده استفاده کرد و این امر در نهایت منجر به کاهش هزینه‌های تولید بیودیزل و هر فرایند آنزیمی دیگری خواهد شد.
مجری طرح روش تثبیت آنزیم بر روی بستر را روش «کووالانسی» ذکر کرد و افزود: یکی از مشکلات تثبیت غیر کوالانسی آنزیم این است که در حین واکنش، چون بر همکنش‌ها ضعیف است،آنزیم‌ها در حین واکنش از بستر کنده میشود و این امر منجر به هدر رفت آنزیم و کاهش چشمگیر فعالیت آن میشود. ضمن آن که محصولات تولید شده در چنین شرایطی، آلوده به آنزیم‌های آزاد شده از بستر خواهند شد.
محمدی، به نحوه ایجاد پیوند کووالانسی میان آنزیم و بستر اشاره و خاطرنشان کرد: برای این منظور به دلیل قرار گرفتن گروه‌های عاملی شیمیایی بر روی بستر، لازم است سطح بستر اصلاح شود و از سوی دیگر سطح آنزیم‌ها پوشیده از گروه‌هایی چون کربوکسیلیک اسید، آمین و هیدروکسیل است که چنین وضعیتی، امکان بهره‌گیری از واکنش‌های مختلف شیمیایی برای تثبیت آنزیم‌ها بر روی بستر را فراهم می‌کند.
استادیار پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک در عین حال پیوند کووالانسی را پیوند پیچیده‌ای دانست و افزود: هرچه شرایط پیوند سخت‌تر باشد فعالیت آنزیم‌ها کاهش می‌یابد ولی در روشی که اخیرا ما برای تثبیت آنزیم‌ها بر روی بستر با این تکنیک ارائه کردیم، آنزیم‌ها کاهش فعالیت نداشتند.
وی مزیت دیگر این روش را در سرعت اتصال دانست و گفت:در روشهای معمول تثبیت آنزیم تا 24 ساعت زمان نیاز است ولی در روش ارائه شده، در مدت 10 دقیقه تا یک ساعت فرآیند تثبیت با راندمان بالای 90 درصد صورت می‌گیرد.
مجری طرح، نتایج این مطالعات را ارائه طرحی در حوزه شیمی سبز دانست و خاطرنشان کرد: به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد نحوه اتصال آنزیم‌ها بر روی سطح بستر و همچنین نوآوری و خلاقیت ارائه شده، این طرح موفق به کسب جایزه شیمی سبز از سوی یونسکو شد.
محمدی به جزئیات این جایزه اشاره کرد و یادآور شد: یونسکو با همکاری یک شرکت روسی تولید کننده کودهای شیمیایی و اتحادیه بین المللی شیمی محض و کاربردی قراردادی را منعقد کردند که به مدت پنج سال اعتباراتی را به دانشمندان جوان کمتر از 35 سال که در زمینه شیمی سبز فعال هستند اختصاص دادند و این اعتبارات از سوی شرکت روسی تامین میشود.
وی با بیان این که امسال دومین سال اعطای این جایزه بود، افزود: در سال جاری با ارائه روش نوینی برای تثبیت آنزیم جهت تولید بیودیزل به همراه پنج نفر از دانشمندان کشورهای ایتالیا، بلغارستان، آفریقای جنوبی، آرژانتین و استرالیا از میان 120 طرح ارائه شده از سراسر دنیا، موفق به کسب این جایزه تحقیقاتی شدم.
این محقق هدف از اعطای این جایزه را کمک به استعدادهایی دانست که فعالیت‌های علمی قابل توجهی داشته و در حوزه شیمی سبز فعالیت می‌کنند.
وی با بیان این که بخشی از این مطالعات نیز از طرف آکادمی جهانی علوم (TWAS) در قالب بودجه تحقیقاتی 11 هزار دلاری مورد حمایت قرار گرفته است، افزود: این بودجه به دانشمندان کمتر از 40 سال کشورهای در حال توسعه اعطا میشود.
این محقق جوان توجه بیشتر جامعه شیمی به حوزه‌های میان رشته‌ای را خواستار شد و اضافه کرد: آینده شیمی ایران در گرو ساختارشکنی دانشمندان جوان این رشته در از بین بردن مرزهای سنتی و کاذب ایجاد شده میان علوم مختلف و توجه بیشتر به حوزه‌های نوین شیمی است.