Zet decarboxylase-enzymen in de achteruit en ze kunnen koolstofdioxide vastleggen in aminozuren. Het werkt veel beter dan je zou verwachten en er is nog een markt voor ook, schrijven Arne Skerra en collega’s van de TU München in Nature Catalysis.

Ze denken met name aan de productie van methionine, een essentieel aminozuur dat zoogdieren en pluimvee niet zelf kunnen aanmaken. Wereldwijd wordt per jaar een miljoen ton methionine verkocht als diervoedingssupplement. Voor het overgrote deel komt het uit de petrochemie: het bekendst is het 50 jaar geleden door Degussa (inmiddels Evonik) ontwikkelde zesstapsproces dat werkt met methylmercaptaan, acroleïne en waterstofcyanide als grondstoffen.

Met name vanwege dat waterstofcyanide (ook bekend als blauwzuurgas) wil Evonik al jaren van dat proces af. Vier jaar geleden opende het concern nog een nieuwe methioninefabriek in Singapore, maar in de tussentijd subsidieert het onderzoekers zoals Skerra om een proces te verzinnen dat minder veiligheidsmaatregelen vereist.

Skerra’s idee keert in feite de natuurlijke degradatie van methionine en andere aminozuren om. Die verloopt via de zogeheten Ehrlich-route: eerst deaminering tot een alfa-ketozuur, dan decarboxylering tot een fusel aldehyde dat weer kan doorreageren tot fusel alcohol, in het Nederlands foezelolie. In het geval van methionine heet het aldehyde methional; aardappelchips ontlenen daar grotendeels hun smaak aan.

Methional is veel makkelijker te produceren dan methionine en in principe kan elk enzym twee kanten uit werken. Maar tot nu toe dacht men dat het met decarboxylase-enzymen een lastig verhaal zou worden. Onder atmosferische omstandigheden, dus bij een lage partiële CO₂-druk, is de decarboxylering in elk geval onomkeerbaar; het evenwicht ligt dan zelfs zo ver naar rechts dat er een onwerkbaar hoge CO₂-druk voor nodig leek te zijn om het de andere kant op te krijgen.

Skerra’s groep heeft nu laten zien dat het heel erg meevalt. Mits je een geschikt decarboxylase uitzoekt (in de praktijk eentje uit Lactococcus lactis) en een aminozuurdehydrogenase toevoegt dat het alfa-ketozuur snel laat doorreageren tot methionine. Slechts 2 bar CO₂ blijkt dan al voldoende voor een meetbare omzetting, en de opbrengst is nog een stuk te verhogen door te sleutelen aan de enzymstructuren.

Inmiddels zitten ze in München op een omzetting van 40 %. Dat is op labschaal, maar aan de opschaling wordt gewerkt. Volgens Skerra kan het niet anders of zijn proces is efficiënter dan de natuurlijke methionine-aanmaak via fotosynthese waar veertien enzymen voor nodig zijn in plaats van twee.

Voordeel boven de petrochemische productie is dat je geen waterstofcyanide meer nodig hebt én dat de enzymen alleen L-methionine aanmaakt, de ’natuurlijke’ vorm. De petrochemische route leverde altijd 50 % D-methionine op, het onnatuurlijke spiegelbeeld waar het vee niet veel aan heeft.

Met de aminozuren leucine en isoleucine is het trouwens ook al gelukt, maar de markt daarvoor is veel minder groot.

bron: TU München