Βιοτεχνολογική αξιολόγηση των εστερασών του φερουλικού οξέος ως εργαλείων σύνθεσης βιολογικά ενεργών ενώσεων
Authors: Βαφειάδη Χριστίνα 
Published: January 2014

Η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει ως αντικείμενο τη βιοτεχνολογική αξιολόγηση μίας κατηγορίας ενζύμων, των εστερασών του φερουλικού οξέος (E.C. 3.1.1.73), ως προς τη συνθετική τους ικανότητα με στόχο την τροποποίηση των υδροξυ-κινναμικών οξέων. Τα υδροξυ-κινναμικά οξέα ανήκουν στην οικογένεια των φαινολικών οξέων, που αποτελούν βιολογικά ενεργές φυσικές ουσίες Η τροποποίηση τους πραγματοποιήθηκε μέσω ενζυμικών αντιδράσεων εστεροποίησης σε μη συμβατικά συστήματα (μίγματα οργανικών διαλυτών, ιοντικά υγρά), μέσα που αυξάνουν τη διαλυτότητα των υποστρωμάτων και μετατοπίζουν τη θερμοδυναμική ισορροπία της αντίδρασης από την υδρόλυση προς τη σύνθεση εστερικού δεσμού. Tα υδροξυ-κινναμικών οξέων τροποποιήθηκαν μέσω εστεροποίησης με υδρόφιλα μόρια (μονο- και ολιγο-σακχαρίτες, γλυκερόλη) και με λιπόφιλα μόρια (αλειφατικές αλκοόλες). Αρχικά, μελετήθηκε η συνθετική δράση δύο εστερασών του φερουλικού οξέος τύπου C (StFaeC του μύκητα Sporotrichum thermophile και η TsFaeC του μύκητα Talaromyces stipitatus), χρησιμοποιώντας ως μέσα αντιδράσεων μικρογαλακτώματα απουσία επιφανειοενεργών ουσιών. Στα συστήματα αυτά, μελετήθηκαν αντιδράσεις μετεστεροποίησης μεταξύ μεθυλεστέρων των υδροξυ-κινναμικών οξέων με μονο- και ολιγο-σακχαρίτες. Τα προκύπτοντα εστεροποιημένα σάκχαρα αποδείχθηκαν ουσίες με αντιμικροβιακή δράση έναντι της in vitro ανάπτυξης μυκοβακτηρίων που ευθύνονται για τη νόσο της φυματίωσης. Στη συνέχεια, τα προαναφερθέντα μικρογαλακτώματα χρησιμοποιήθηκαν ως μέσα αντίδρασης για την ενζυμική λιποφιλίωση των υδροξυ-κινναμικών οξέων και συγκεκριμένα, τη σύνθεση βουτυλεστέρων τους. Ως βιοκαταλύτες χρησιμοποιήθηκαν μία τύπου Α εστεράση του φερουλικού οξέος, η AnFaeA του μύκητα Aspergillus niger, καθώς και τρία εμπορικά ενζυμικά σκευάσματα με ενεργότητα εστεράσης του φερουλικού οξέος. Οι βιοκαταλύτες αυτοί χρησιμοποιήθηκαν τόσο στην ελεύθερη όσο και στην ακινητοποιημένη τους μορφή. Για την ακινητοποίησή τους, χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος σχηματισμού ενζυμικών συσσωματωμάτων διασταυρούμενων δεσμών (Cross-linked enzyme aggregates, CLEAs). Αυτό αποτελεί και το πρώτο παράδειγμα ακινητοποίησης εστερασών του φερουλικού οξέος στη βιβλιογραφία. Οι βουτυλεστέρες των υδροξυ-κινναμικών οξέων που παρασκευάστηκαν παρουσίασαν αντιοξειδωτική δράση ως προς την παρεμπόδιση της οξείδωσης της χαμηλής πυκνότητας λιποπρωτεΐνης (LDL) in vitro. Mε στόχο τη διεύρυνση της συνθετικής ικανότητας των εστερασών του φερουλικού οξέος σε άλλα μη συμβατικά συστήματα, ερευνήθηκε η δράση τους σε ιοντικά υγρά, τα οποία είναι άλατα σε υγρή ως επί το πλείστον μορφή σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος. Αποτελούν μία νέα και πολλά υποσχόμενη κατηγορία διαλυτών λόγω των πλεονεκτημάτων τους έναντι των κλασσικών οργανικών διαλυτών, αλλά και της δυνατότητας σχεδιασμού των ιδιοτήτων τους ανάλογα με την εκάστοτε διεργασία (designer solvents). Στα συστήματα αυτά πραγματοποιήθηκε επιτυχώς η ενζυμική εστεροποίηση της γλυκερόλης με σιναπικό οξύ με τη δράση της εστεράσης του φερουλικού οξέος AnFaeA, στην ελεύθερη και ακινητοποιημένη της μορφή. Η τροποποίηση της γλυκερόλης, που είναι παραπροϊόν της βιομηχανίας biodiesel, παρουσιάζει αυξανόμενο ενδιαφέρον σε ένα ευρύ πεδίο εφαρμογών (βιομηχανία τροφίμων, καλλυντικών, φαρμάκων κ.ά). Η αντίδραση αυτή αποτελεί το πρώτο παράδειγμα δράσης εστερασών του φερουλικού οξέος σε ιοντικά υγρά, επεκτείνοντας τις χρήσεις των ενζύμων αυτών σε νέα συστήματα αντιδράσεων.