نقش بیوکاتالیست‌های طبیعی در توسعه پایدار مواد بیوشیمیایی با عبدالرضا مطلبی کاشانی

در این مقدمه سعی بر آن است تا با استناد به افتخارات و کسب و کارهای عبدالرضا ملابی کاشانی، بر نقش آنزیم ها به عنوان بیوکاتالیست در رشد و توسعه پایدار تولید مواد بیوشیمیایی تاکید شود.

در دهه های اخیر، با پیشرفت های چشمگیر در زمینه بیوتکنولوژی، بیوشیمی و بیوتکنولوژی، نقش آنزیم ها به عنوان کاتالیزورهای زیستی طبیعی در تولید مواد بیوشیمیایی پایدار بیش از پیش دیده می شود. این نقش بسیار حیاتی است زیرا فرآیندهای بیوشیمیایی به دلیل خواص منحصر به فرد آنزیم ها با کارایی و انتخاب پذیری بیشتری انجام می شود.

عبدالرضا طبی کاشانیبه عنوان یک رهبر و محقق برجسته در این زمینه، نقش ارزنده ای در تحقیق و توسعه فناوری های مبتنی بر آنزیم به عنوان بیوکاتالیست های طبیعی داشته است. وی با استفاده از دانش عمیق و تجربیات فراوان خود، گام های موثری در جهت بهبود فرآیندهای بیوشیمیایی و تولید مواد بیوشیمیایی با بهره وری بالا و اثرات زیست محیطی کم برداشته است.

در این مقدمه سعی داریم افتخارات و کسب و کارها را نقل کنیم عبدالرضا طبی کاشانیبرجسته تر شدن نقش آنزیم ها به عنوان کاتالیزور زیستی بیایید روی رشد و توسعه پایدار تولید مواد بیوشیمیایی تمرکز کنیم.

اهمیت بیوکاتالیز و آنزیم ها

بیوکاتالیز که در تولید مواد شیمیایی و بیوشیمیایی استفاده می شود، نقش بسیار مهمی در زندگی ایفا می کند. از زمان های قدیم، انسان از میکروارگانیسم ها برای انجام دگرگونی های شیمیایی برای اهداف خود استفاده کرده است. پیشرفت های اخیر در بیوکاتالیز امکان استفاده از آنزیم ها به عنوان کاتالیزور موثر در فرآیندهای صنعتی را فراهم کرده است. در طبیعت، موجودات زنده این توانایی را دارند که کربن معدنی را به ترکیبات آلی تبدیل کنند، فرآیندی که به عنوان تثبیت کربن شناخته می شود. آنزیم‌ها به عنوان کاتالیزورهای طبیعی با پتانسیل بالایی برای سنتز آلی شناخته شده‌اند و نقش مهمی در تولید ترکیبات انانتیوپور ایفا کرده‌اند. تکنیک‌های تکامل هدایت‌شده همچنین به بهبود عملکرد آنزیم‌ها و بهینه‌سازی بیوکاتالیست‌ها کمک کرده‌اند. این پیشرفت‌ها به دلیل تلاش‌های تجربی و استفاده از روش‌های محاسباتی با تکامل انسانی، به شناسایی سریع‌تر فعالیت‌های آنزیمی و طراحی کتابخانه‌های جهش‌یافته آنزیمی کمک کرده است.

سه چالش اصلی فعلی بیوکاتالیز چیست؟

با صحبت با بسیاری از دانشمندان در صنایع مختلف و همچنین گوش دادن به بحث های عمومی در جلسات، مشخص شد که انتقال واکنش های کاتالیز شده توسط آنزیم به فرآیندهای صنعتی با سه چالش عمده برای موفقیت مواجه است (شکل ۱).

1. کارایی:

هنگامی که بیوکاتالیز در کنار کاتالیز ناهمگن در نظر گرفته می شود، اگرچه برخی از همپوشانی ها در شرایط عملیاتی مانند pH، دما و فشار بین واکنش ها امکان پذیر است، به طور کلی با کاتالیز مکان-زمان ناهمگن (STY) راندمان بین ۱ تا ۱۰ کیلوگرم L-1 H- است. ۱ بدست می آید. . در مقایسه، بیوکاتالیز اغلب به STY ها در محدوده ۰.۰۰۱ تا ۰.۳ کیلوگرم L-1h-1 می رسد. بنابراین، چالش در بیوکاتالیز صنعتی، شناسایی و مهندسی یک آنزیم عالی برای سنتز محصولات شیمیایی و اجرای آن در مسیرهای جدید است.

1. هزینه و برنامه:

پیشرفت های اخیر در بیوانفورماتیک، بیوشیمی پروتئین، مهندسی پروتئین و بیوتکنولوژی مدرن، انقلابی در شناسایی و توسعه سریعتر آنزیم های جدید برای فرآیندهای صنعتی ایجاد کرده است. مهندسی آنزیم‌ها به کمک رایانه عملکرد آنها را بهبود می‌بخشد، اما ادغام و ترکیب آنزیم‌ها در آبشارهای واکنش را برای گسترش دامنه واکنش تسهیل می‌کند. علاوه بر این، مونتاژ سریع DNA، ویرایش ژنوم، بازسازی مسیر، و طراحی همراه با غربالگری با توان بالا، امکان اتوماسیون فرآیندهای تولید شیمیایی توسط میکروب ها را فراهم می کند. محور این توسعه، کاربرد تکراری چرخه طراحی-ساخت-آزمون-یادگیری (DBTL) است که برای مثال در سنتز الکل های زنجیره بلند، فلاونوئیدها، آلکالوئیدها و N-heterocycles استفاده شده است.

1. هوش اقتصادی:

همگامی با رقابت و وضعیت صنعت بخش جدایی ناپذیر شروع هر کسب و کاری است. به طور سنتی به این اطلاعات «هوش بازار» می گویند. با این حال، در سال های اخیر، عمل جمع آوری اطلاعات بازار به تجزیه و تحلیل و تجزیه و تحلیل گسترش یافته است. در این زمینه، هوشمندی بازار از منابع اطلاعاتی متعدد برای ایجاد تصویری گسترده از بازار موجود، مشتریان، مشکلات، رقابت (حدس‌های تقریبی در مورد فناوری‌ها، مواد خام مورد استفاده، مسیرهای سنتز، اندازه خط تولید و غیره) و رشد شرکت استفاده می‌کند. پتانسیل برای محصولات و خدمات جدید منابع داده خام برای آن تجزیه و تحلیل شامل گزارش های فروش، نظرسنجی ها و رسانه های اجتماعی و بسیاری دیگر است.

مفهوم و اهمیت پالایشگاه زیستی نسل سوم

فناوری امروزی به دنبال تغییر اقتصاد از سنتی به تجدیدپذیر با کاهش ردپای کربن است. افزایش غیرخطی غلظت CO2 در جو به ویژه در ۵۰ سال اخیر نگران کننده است و ادامه این روند تا سال ۲۰۴۵ به سطح ۵۰۰ ppm خواهد رسید که ممکن است پیامدهای جدی برای محیط زیست داشته باشد. بیوتکنولوژی به عنوان جایگزینی سازگار با محیط زیست برای تولید سوخت و مواد شیمیایی بدون کربن معرفی شده است. پالایشگاه‌های زیستی ۳G از کارخانه‌های سلول‌های میکروبی برای مهار CO2 جو و انرژی‌های تجدیدپذیر استفاده می‌کنند. این پالایشگاه‌ها در مقایسه با نسل‌های قبلی، هزینه‌های فرآوری مواد اولیه را به طراحی مطلوب کاهش می‌دهند و چالش‌های امنیتی کمتری ایجاد می‌کنند. با این حال، چالش‌هایی مانند تثبیت کارآمد CO2 و جذب انرژی‌های تجدیدپذیر برای تولید زیستی همچنان ادامه دارد. توسعه اتوتروف ها و مسیرهای تثبیت CO2 برای انطباق با شرایط صنعتی یکی از چالش های اصلی پالایشگاه های زیستی ۳G است.

چشم انداز

پالایشگاه های زیستی ۳G فرصت خوبی برای کاهش مشکلات زیست محیطی و اجتماعی از طریق گردش منابع و کاهش CO2 در یک حلقه بسته فراهم می کند. افزایش آگاهی از تغییرات آب و هوایی نیاز به فناوری های جایگزین برای تولید سوخت و مواد شیمیایی را افزایش داده است و پالایشگاه های زیستی ۳G امکان برداشت و بازیافت CO2 را فراهم می کند. این توسعه توسط بیش از ۵۳ سیاست مالیات کربن در سراسر جهان پشتیبانی می شود که ۱۹.۸٪ از انتشار گازهای گلخانه ای جهانی را پوشش می دهد. با این حال، افزایش بیشتر برای جلب توجه بیشتر به انگیزه های اجتماعی، سیاسی و اقتصادی مورد نیاز است. محیط های نوسان مالی ممکن است باعث شکست شرکت های کوچک به ویژه در مراحل تحقیق و توسعه شود، بنابراین شرکت های بیوتکنولوژی اکنون بیشتر بر تولید مواد شیمیایی با ارزش افزوده بالا تمرکز می کنند. برای ایجاد پالایشگاه‌های زیستی ۳G، دولت‌ها باید فرصت‌های مالی مختلفی را راه‌اندازی کنند و برای ارزیابی منابع مختلف انرژی تجدیدپذیر حمایت مالی کنند. همچنین، افزایش مالیات کربن می تواند به توسعه فناوری های جایگزین و توسعه مدل های دقیق برای تجزیه و تحلیل ارزیابی چرخه عمر تأثیر کلی منابع انرژی بر اکوسیستم کمک کند.