המעבדה לביוקטליזה מולקולרית ויישומית

ביוקטליזה הוא תחום שבו נעשה שימוש באנזימים או תאים לביצוע תגובות כימיות בתנאי סביבה מוגדרים, על מנת להפוך חומרי גלם פשוטים לתוצרים בעלי ערך כלכלי .

הסלקטיביות הגבוהה של אנזימים והפעילות שלהם בתנאים מתונים של טמפרטורה וחומציות מהווים יתרון לביוקטליזה על פני קטליזה כימית. על מנת לשפר את האנזימים ולהתאימם לתנאים בתעשייה, יש צורך להבין לעומק כיצד מבנה האנזים מותאם לפעילותו. קריסטלוגרפיה מבנית, שיטות ביוכימיות וביופיסיקליות, ומוטגנזה נקודתית עוזרים לנו ללמוד על מבנה האנזים. בהמשך, אנו משתמשים בגישות שונות של הנדסת חלבונים על מנת להתאים את האנזים לתגובה המיועדת.

פיענוח ראשון של מנגנון הפעולה של טירוזינאז: האנזים שהופך אותנו לצבעוניים

טירוזינאז, אחראי בתאי המלנוציטיים שלנו על התגובה הראשונה בסינטיזה של הפיגמנט השחור מלנין. מוטציות באנזים הן הגורם העיקרי לתופעת האלביניזם, לבקנות, שבה העור רגיש לפגיעת קרינת שמש והראייה לקויה. בפירות וירקות טירוזינאז גורם לתופעת ההשחמה שמובילה לפגיעה כלכלית לחקלאים. המחקר שלנו גילה שכל הסובסטרטים (חומרי גלם) של האנזים מיוצבים בצורה זהה באתר הפעיל כלפי אטומי הנחושת החשובים לפעילות. הבנת מנגנון הפעולה של האנזים מאפשרת לנו כעת לפתח מעכבים לאנזים לטיפול בהיפרפיגמנטציה, בכתמי זקנה, לשיפור הרגישות של תאי מלנומה לטיפול רדיוטרפי, ולעיכוב השחמה בפירות וירקות.

 Nature Communications, 2014
Nature Communications, 2014

ביוקטליזה לשיפור ולעיצוב מרקם של מזון

בשנים האחרונות חלה בקרב הציבור עליה בהעדפת מוצרים צמחיים וטבעוניים אשר הובילה לפיתוח של מזון מגוון מבוסס חלבונים מן הצומח. תוצרי לוואי של התעשייה כגון חלבוני תפוח-אדמה (PP, של תעשיית העמילן) וחלבוני תירס (zein, של תעשיית השמן והעמילן) מהווים מקור מבטיח למוצרי מזון, והם משלימים אחד את השני בהרכב חומצות האמינו שלהם. אנחנו השתמשנו באנזים טירוזינאז (TyrBm) ליצירת קשרי הצלבה בין החלבונים לקבלת מרקם חדש דמוי ג'ל, אשר יכול לשמש להכנת תחליפי גבינה ובשר, רטבים, ממרחים וכד'.

Food Hydrocolloids, 2018
Food Hydrocolloids, 2018

מפסולת לביודיזל

ייצור אנזימתי של ביודיזל על ידי תגובה בין שמנים ואלכוהול באמצעות האנזים ליפאז, מהווה תחליף יעיל וידידותי לסביבה בהשוואה לתהליך הכימי המקביל. הוא גם מאפשר שימוש בחומרי גלם נחותים מבחינת הניקיון הכימי. מתנול משמש לרוב ככוהל בתגובה בשל מחירו הנמוך והתגובה המהירה שלו. יחד עם זאת, אחד החסרונות של המערכת הביוטכנולוגית היא הרגישות של הזרז הביולוגי לנוכחות ריכוזי מתנול גבוהים בתגובה. לפיכך, פיתוח אנזימים עמידים למתנול הוא כיוון מבטיח ונדרש בתעשייה. אנחנו שילבנו שיטות של הנדסת חלבון וקיבוע במטריצת סול-ג'ל על מנת לייצר ליפאז עמיד לריכוזים גבוהים של מתנול. התהליך שפותח איפשר להפוך שמן עופות מפסולת בתי מטבחיים לביודיזל איכותי.

ChemSusChem, 2016
ChemSusChem, 2016