Đột phá trong quá trình sinh tổng hợp cao su tự nhiên

17/01/2023
9:53 AM

Minh họa quá trình tổng hợp polymer sinh học từ enzyme cà chua biến tính

Công ty Sumitomo Rubber Industries (SRI) đã thành công trong việc làm sáng tỏ và sửa đổi chức năng của enzyne cis-prenyltransferase (NDPS1) – một thành tựu được cho là sẽ thúc đẩy sản xuất tổng hợp cao su tự nhiên.

Được tìm thấy trong cây cà chua, NDPS1 là một loại enzyme tham gia vào quá trình hình thành tecpen (hợp chất isoprene đóng vai trò là tiền chất của nhiều chất được tìm thấy trong thực vật) và quá trình sinh tổng hợp cao su tự nhiên.

Vào tháng 3/2022, từ kết quả nghiên cứu phối hợp với Đại học Tohoku và Đại học Kanazawa, SRI cho biết họ đã xác định cấu trúc của enzym này dựa trên sử dụng bức xạ đồng bộ SPring-8 “tiên tiến” của viện nghiên cứu Riken. SRI đã khởi động nghiên cứu về NDPS1 vì các đặc tính của enzyme này khiến nó “phù hợp” hơn với phân tích cấu trúc so với các enzyme tổng hợp cao su tự nhiên được tìm thấy trong cây cao su Hevea brasiliensis. Nghiên cứu cũng làm sáng tỏ cấu trúc của NDPS1 và xác định các phần chính ảnh hưởng đến độ dài của chuỗi polimer mà nó tổng hợp. Sau đó, các nhà khoa học có thể tăng mức độ phản ứng trùng hợp (polymer hóa), bằng cách đưa các đột biến mới vào các phần chính. Với bước đột phá này, giờ đây có thể sinh tổng hợp các hợp chất không có trong tự nhiên. SRI kỳ vọng rằng việc hiểu rõ cấu trúc của NDPS1 sẽ giúp làm sáng tỏ thêm các cơ chế đằng sau quá trình sinh tổng hợp cao su tự nhiên.

Đến tháng 10/2022, các nhà khoa học của SRI đã công bố phát hiện việc sử dụng enzym cà chua biến tính này làm chất xúc tác polymer hóa có thể giúp chọn các đơn phân tử (monomer) ban đầu để tổng hợp polymer ‘theo ý muốn’. Dựa trên khám phá này, SRI đã thành công trong việc tổng hợp các hợp chất sinh học cao phân tử (biopolymer) từ kết hợp các monomer ban đầu có lợi trong việc cải thiện hiệu suất của lốp. Các hợp chất sinh học cao phân tử mới có thể giúp đẩy nhanh sự phát triển của “lốp xe tiết kiệm nhiên liệu tối ưu”. Đây là bước đột phá mới nhất trong một loạt các nghiên cứu phát triển vật liệu cao su sinh học tại SRI trong những năm gần đây.

Tập đoàn lốp xe và cao su Nhật Bản cũng sử dụng khám phá mới này để tổng hợp “các hợp chất sinh học cao phân tử hoàn toàn mới” kết hợp các monomer ban đầu đã được lựa chọn “theo ý muốn”.

SRI hiện đang đặt mục tiêu sử dụng công nghệ để cải thiện tính bền vững của lốp xe và phát triển các sản phẩm “nâng hiệu suất nhiên liệu lên một tầm cao hoàn toàn mới cho những năm 2040 và hơn thế nữa”.