Новости химической науки > Ферменты «облагораживают» опасное вещество

1,2,3-Трихлорпропан представляет собой вещество, загрязняющее окружающее среду и давно вызывающее обеспокоенность специалистов по защите окружающей среды. Вещество, которое, как предполагается, может оказывать и канцерогенный эффект, часто проникает в грунтовые воды, и до сих пор не существует эффективного способа очистки воды от 1,2,3-трихлорпропана.

Тем не менее, химики разработали новую методику, позволяющую использовать три фермента для превращения опасного вещества в глицерин.

Каждый год в мире производится примерно около 50000 тонн 1,2,3-трихлорпропана, который применяется в виде промышленного растворителя, а также прекурсора для получения фумигантов. Поскольку ранее проведенные исследования показали, что 1,2,3-трихлорпропан может вызывать рак у животных, а в последнее время это вещество стали обнаруживать в питьевой воде, Агентство по защите окружающей среды США планирует разработать правила, регулирующие экологические аспекты, связанные с 1,2,3-трихлорпропаном.

Три фермента (красный, зеленый и синий) превращают токсичный 1,2,3-трихлорпропан (сверху) в глицерин (снизу). (Рисунок из Environ. Sci. Technol. 2014, DOI: 10.1021/es500396r)

Как отмечает Збинек Прокоп (Zbyněk Prokop), специалист по химии окружающей среды из Масарикова Университета (Чехия) отмечает, что не существует экономически выгодного способа переработки 1,2,3-трихлорпропана, боле того – он не разрушается в условиях природы (несмотря на многочисленные исследования) исследователи так и не смогли обнаружить организм, который мог бы метаболизировать 1,2,3-трихлорпропан. Последнее обстоятельство связано с большой прочностью связей углерод-хлор и с большой токсичностью этого вещества для микроорганизмов.

Исследователи из группы Прокопа разработали пятистадийный процесс, позволяющий конвертировать 1,2,3-трихлорпропан в глицерин с помощью трех ферментов, выделяемых двумя видами почвенной бактерии. На первом этапе галогеналкандегалогеназа, вырабатывающаяся организмом Rhodococcus rhodochrous, способствует замещению одного из атомов хлора в 1,2,3-трихлорпропане на гидроксильную группу и образованию 2,3-дихлорпропан-1-ола. Следующие четыре стадии протекают с участием галогеналкогольдегалогеназы и эпоксидгидролазы, вырабатывающейся Agrobacterium radiobacter. Эти ферменты позволяют заместить оба оставшихся атома хлора на гидроксильные группы, такое замещение происходит с промежуточным образованием эпоксидов.

В ходе процесса в режиме one-pot тройка ферментов способствовала полной конверсии 5 ммоль 1,2,3-трихлорпропана в глицерин за время, равное 30 часам. Исследователи также иммобилизовали ферменты, инкорпорировав их в частицы гидрогеля из поливинилового спирта и загрузили этими частицами реактор со стационарным слоем. В этом реакторе 10 грамм 1,2,3-трихлорпропана подвергались полной конверсии в течение 2,5 месяцев.

В ходе работы каждый из ферментов получали в ходе отдельной стадии с помощью генетически модифицированной Escherichia coli, хотя, как утверждает Прокоп, есть возможность такой модификации, которая бы позволила одному штамму синтезировать все три фермента. Тем не менее, исследователь предполагает, что лучше использовать ферменты вне микроорганизма – в первую очередь решить проблему токсичности 1,2,3-трихлорпропане для простейшего, да и применение генетически модифицированных микроорганизмов даже в целях очистки окружающей среды от загрязнителей, запрещено законодательством целого ряда стран.

Источник: Environ. Sci. Technol. 2014, DOI: 10.1021/es500396r

метки статьи: #вопросы экологии, #кинетика и катализ, #химическая технология