Vánoční cukroví, bábovka od babičky, nebo snad oblíbený parfém? Kdo by neznal sladkou vůni vanilky. Vzhledem k vysoké ceně a horší dostupnosti pravé vanilky, tedy fermentované tobolky orchidejí z rodu vanilovníků, se často v potravinách i v kosmetice setkáváme s její náhražkou – uměle syntetizovaným vanilinem. Tato sloučenina, která je mimo jiné hlavní složkou přírodního vanilkového extraktu, je v rostlinách syntetizována z kyseliny ferulové prostřednictvím enzymu VpVAN. V laboratoři se však obdobnou syntézu podařilo uskutečnit pouze v miniaturním měřítku nepoužitelném pro průmyslovou výrobu. V současnosti se tedy stále používá především chemická syntéza vanilinu z guajakolu (fenol přítomný ve dřevě), nebo z lignosulfonátů, které vznikají jako vedlejší produkty během výroby celulózy.

Proces chemické syntézy je poměrně náročný, navíc je veřejností vnímán celkem negativně. Proto je v poslední době tlak na vývoj produkce založené na biosyntéze vanilinu, a to nejlépe s využitím přírodních odpadních materiálů, například ligninu, který tvoří většinovou složku zemědělského rostlinného odpadu. A právě taková biosyntéza se povedla výzkumné skupině prof. Toshiki Furuya z tokijské University of Science. Zaměřili se na genetické modifikace enzymu Ado, což je dioxygenáza, která ve své originální formě přenáší atom kyslíku na molekulu isoeugenolu, a jako substrát použili kyselinu ferulovou vzniklou depolymerací odpadního ligninu. Pomocí strukturní a modelové analýzy se vědcům povedlo předpovědět aminokyselinové změny v sekvenci enzymu, které by umožnily jeho interakci právě s kyselinou ferulovou. 

Po sérii experimentů, ve kterých vědci měnili vytipované aminokyseliny fenylalanin a valin za tyrosin a arginin, se povedlo zkonstruovat enzym, který skutečně přeměňoval kyselinu ferulovou na vanilin, a to s vysokou katalytickou účinností (rámcově v gramech na jeden litr reakční směsi). Navíc ke konverzi nebylo potřeba využít žádný kofaktor, stačilo smíchat mutantní enzym s kyselinou ferulovou a za přístupu vzduchu nechat reakci probíhat při pokojové teplotě. Celý proces je tedy jednoduchý, udržitelný a ekonomicky výhodný. Navíc enzym reagoval také s kyselinou p kumarovou a sinapovou, což jsou stejně jako kyselina ferulová složky vznikající degradací ligninu. 

Vývoj tohoto enzymu je skvělou zprávou nejen pro výrobce vanilinu a spotřebitele volající po jeho nechemické produkci, ale také pro přírodu – využití odpadního ligninu by mělo spolu s energetickou nenáročností celého procesu mít pozitivní dopad na životní prostředí. Doufejme tedy, že se začne tento enzym využívat v průmyslové výrobě co nejdříve.
 

Zdroj: https://www.isaaa.org/kc/cropbiotechupdate/article/default.asp?ID=20828

Zdroj článku: BIOTRIN