Repousser les limites de la production chimique respectueuse de l'environnement
Des chercheurs utilisent des enzymes alimentées par la lumière pour modifier les azaarènes, jetant ainsi les bases d'un avenir durable
Une équipe de chercheurs pionniers du Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation (CABBI) a fait un grand pas en avant dans le monde complexe de la chimie moléculaire.
L'équipe de recherche de l'Université de l'Illinois comprenait, de gauche à droite : Yujie Yuan, candidat au doctorat Wesley Harrison, Huimin Zhao, responsable du thème de conversion CABBI, Maolin Li et Zhengyi Zhang.
CABBI Communications
Leur objectif ? Les azaarènes, des pièces de puzzle moléculaires uniques essentielles à de nombreux produits de tous les jours, des produits agrochimiques écologiques aux médicaments essentiels. L'équipe du CABBI a démontré une manière innovante de modifier ces molécules, une découverte révolutionnaire qui promet de nouvelles réactions chimiques importantes pour l'industrie et des solutions énergétiques durables.
L'utilisation de systèmes photoenzymatiques est au cœur de leur recherche. En termes plus simples, cela revient à suralimenter les petits travailleurs de la nature, les enzymes, avec une lampe de poche, ce qui leur permet d'assembler ou de réparer des structures moléculaires d'une manière sans précédent. En exploitant la puissance de la lumière, ces scientifiques ont découvert de nouvelles réactions chimiques que l'on pensait auparavant hors de portée.
L'étude, publiée dans Nature Chemistry, a été réalisée par des chercheurs de l'université de l'Illinois Urbana-Champaign. Les auteurs principaux sont Huimin Zhao, chef du thème de conversion CABBI, professeur de génie chimique et biomoléculaire (ChBE), chef du thème de conception des biosystèmes de l'Institut Carl R. Woese de biologie génomique (IGB) et directeur de l'Institut NSF Molecule Maker Lab de l'Illinois, et Maolin Li, chercheur postdoctoral associé au CABBI, au ChBE et à l'IGB.
Les azaarènes, apparemment minuscules dans le vaste univers de la chimie, jouent pourtant un rôle monumental. Ils sont les éléments constitutifs d'une pléthore de composés, influençant même l'ADN de nos cellules. Mais le défi a toujours été de les manipuler.
Grâce au développement par l'équipe d'un système ene-réductase - une boîte à outils moléculaire spécialisée utilisant l'enzyme ene-réductase que le laboratoire de Zhao a déployée dans des études antérieures - les chercheurs ont trouvé un moyen de modifier ces molécules de manière complexe sans dommages collatéraux.
L'un des résultats les plus remarquables de leurs travaux est la maîtrise du transfert énantiosélectif d'atomes d'hydrogène. Les molécules se présentent souvent sous la forme de versions gauches et droites, ou énantiomères, un peu comme des gants. La méthode de l'équipe leur permet de cibler et d'ajuster sélectivement l'une ou l'autre version avec une précision inégalée. De plus, grâce à la commande stéréo à distance, ils peuvent effectuer ces ajustements précis à distance.
Pour CABBI et le secteur de la bioénergie, cette découverte change la donne. Les biocarburants et les bioproduits - énergie et produits dérivés de matières végétales au lieu de ressources non renouvelables comme le pétrole - représentent un avenir plus vert et plus durable. Les recherches de l'équipe ont élargi la gamme des réactions chimiques et des bioproduits qui peuvent être fabriqués efficacement.
L'étude a également introduit le concept de photocatalyse asymétrique, une technique révolutionnaire qui garantit la cohérence de ces réactions. Cela peut ouvrir de nouvelles voies pour la production de biocarburants et de bioproduits à partir d'une gamme plus large de matières premières de la biomasse, ce qui correspond directement aux objectifs de CABBI et à la mission plus large du DOE de faire progresser les solutions en matière d'énergie et de produits durables.
"Avec notre nouvelle approche des azaarènes et l'utilisation du transfert enzymatique d'atomes d'hydrogène, nous ne nous contentons pas de repousser les limites de la chimie", a déclaré M. Zhao. "Nous jetons les bases d'un avenir plus durable et plus innovant. Nos recherches ont élargi la panoplie d'outils disponibles pour une production respectueuse de l'environnement et ont le potentiel de catalyser des percées dans le domaine des produits agrochimiques et au-delà."
Au-delà du laboratoire, le potentiel d'applications dans le monde réel est immense, qu'il s'agisse de mener la charge en matière d'énergie durable ou d'être le fer de lance de produits chimiques agricoles plus sûrs. Les progrès dans le domaine de la bioénergie et des bioproduits peuvent conduire à une croissance économique, avec de nouvelles industries, de nouveaux emplois et de nouveaux produits pour les consommateurs, ainsi que des sources d'énergie potentiellement plus abordables. En promouvant des méthodes de production durables et efficaces, la recherche peut réduire la pollution et la dégradation de l'environnement, ce qui se traduit par un air et une eau plus propres pour les communautés.
Alors que le monde est confronté à des défis environnementaux et au besoin pressant de solutions durables, des découvertes comme celles-ci ouvrent la voie à l'avenir, a déclaré M. Li.
"En tant que chercheur postdoctoral sur ce projet, j'ai été profondément immergé dans les complexités des azaarènes et leur potentiel. Il est vraiment exaltant de relever les défis de la commande stéréo à distance et d'assister aux possibilités de transformation de nos découvertes. Cette recherche ne porte pas seulement sur les nuances des réactions chimiques ; elle concerne l'avenir de l'énergie durable et bien d'autres choses encore. Je suis impatient de voir où ce voyage nous mènera", a déclaré M. Li.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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