Novo e inovador método de síntese de D-alose

Abordagem quimio-enzimática para a síntese de açúcares C3 raros utilizando enzimas de glicosídeo 3-oxidase (projectadas)

CONTEXTO

Os açúcares raros, um grupo diversificado de hidratos de carbono naturais encontrados em pequenas quantidades, estão a atrair cada vez mais atenção pelas suas propriedades funcionais únicas e potenciais benefícios para a saúde. São compostos versáteis com aplicações como aditivos alimentares, nutracêuticos e ingredientes farmacêuticos activos. Esta categoria inclui hexoses como a D-alose, a D-alulose e a D-tagatose; pentoses como a D-lixose e a L-xilulose; e dissacáridos como a turanose e a isomaltulose.

Um dos principais desafios no aproveitamento do potencial dos açúcares raros é a sua baixa abundância natural, que restringe a extração e aplicação em grande escala. Esta escassez estimulou o desenvolvimento de métodos de produção sintética, mas as abordagens existentes são frequentemente insuficientes. A síntese química, embora capaz de atingir rendimentos viáveis, é dispendiosa e prejudicial para o ambiente devido à utilização de catalisadores dispendiosos e à produção de resíduos perigosos.

Os métodos enzimáticos, particularmente os baseados na estratégia Izumoring, oferecem uma alternativa mais amiga do ambiente. No entanto, estes métodos produzem tipicamente baixas quantidades dos açúcares alvo e requerem uma purificação extensiva, limitando a sua praticidade para a produção à escala industrial.

Para ultrapassar estes desafios, desenvolvemos uma nova abordagem quimioenzimática que é simultaneamente eficiente e escalável. O processo inclui uma etapa inicial de oxidação enzimática selectiva que não produz subprodutos, seguida de duas reacções químicas sucessivas utilizando reagentes facilmente disponíveis. A ausência de subprodutos no processo global reduz significativamente a necessidade de purificação extensiva, representando uma melhoria substancial em relação aos métodos actuais. Além disso, a acessibilidade dos materiais de partida, a irreversibilidade da oxidação enzimática e os elevados rendimentos obtidos na redução estereosselectiva fazem desta abordagem uma solução sustentável, escalável e rentável.

SOBRE A TECNOLOGIA

Utilizando um método sustentável e amigo do ambiente, propomos um processo quimioenzimático de quatro passos para sintetizar D-alose a partir de benzil-glicose minimamente protegida. Esta estratégia inovadora é a primeira abordagem relatada que requer um passo enzimático: oxidação regio-selectiva em C3 de benzil-glicosídeo realizada por uma glicosídeo-3-oxidase bacteriana modificada usando abordagens de evolução dirigida. Esta enzima, designada por 16F10, apresenta uma estabilidade cinética 10 vezes superior, uma atividade 20 vezes superior para a D-glicose e uma eficiência catalítica 5 vezes superior para o 1-O-benzil-α/β-D-glucopiranosídeo e o 1-O-benzil-β-D-glucopiranosídeo quando comparada com a enzima de tipo selvagem. A oxidação do 1-O-benzil-β-D-glucopiranosídeo minimamente protegido pela enzima ocorre regiosselectivamente em C3 com rendimentos de 100 %. Embora a enzima utilize o anómero 𝛼, apresenta uma maior especificidade para o anómero 𝛽. O segundo passo da reação é a redução química da cetona em C-3 do produto oxidado utilizando um reagente comercial (LS-selectride) para obter o álcool com configuração invertida em C-3 num processo bem conhecido, obtendo-se o derivado de alose com um rendimento de 86%. Finalmente, a hidrogenação cliva o grupo protetor benzílico para obter o açúcar raro D-alose com um rendimento de 94%. Esta abordagem também é promissora para a síntese de outros epímeros C3 raros de açúcares.

ESTÁGIO DE DESENVOLVIMENTO

TRL 3 – prova de conceito experimental

BENEFÍCIOS E APLICAÇÕES

A nova rota sintética para a D-alose e outros açúcares raros desenvolvida neste estudo tem aplicações comerciais significativas, particularmente nas indústrias alimentar, farmacêutica, química e nutracêutica. A capacidade de produzir D-allose de forma eficiente e a custos mais baixos pode levar à sua incorporação numa vasta gama de produtos.

Na indústria alimentar, a D-alose pode ser comercializada como edulcorante não calórico em várias formulações de alimentos e bebidas, para satisfazer os consumidores preocupados com a saúde e os que têm restrições alimentares, como os diabéticos. Os produtos podem incluir snacks, bebidas e sobremesas com baixo teor de açúcar, realçando as propriedades adoçantes únicas da D-alose sem contribuir para a ingestão calórica.

A D-alose tem vindo a ganhar uma atenção significativa pelas suas propriedades benéficas como agente anticancerígeno, antioxidante, anti-inflamatório, anti-hipertensivo e imunossupressor. A D-allose pode ser formulada em suplementos dietéticos ou alimentos funcionais devido aos seus potenciais benefícios para a saúde, nos sectores farmacêutico e nutracêutico. Estes produtos podem ser destinados a indivíduos que procuram melhorar a sua saúde geral, gerir condições médicas específicas ou melhorar a saúde metabólica.

Apesar dos seus vários benefícios, a D-alose continua a ser um ator menor no mercado industrial devido à sua disponibilidade limitada e aos elevados custos de produção. O seu eficiente processo de síntese quimioenzimática distingue esta invenção dos produtos e métodos existentes; os estudos que exploram a síntese enzimática de açúcares raros epiméricos C3 em comparação com C2 são mais escassos. Os métodos tradicionais envolvem frequentemente procedimentos morosos e dispendiosos que produzem baixas quantidades de produto e subprodutos indesejáveis. Em contraste, o nosso método utiliza uma enzima modificada que melhora significativamente a eficiência catalítica e a estabilidade operacional, resultando em rendimentos mais elevados e produtos mais puros com menos etapas de purificação. Esta abordagem inovadora aumenta a disponibilidade do produto e cria uma vantagem competitiva no mercado em rápido crescimento de produtos alimentares e dietéticos mais saudáveis.

PROPRIEDADE INTELECTUAL

• Pedido provisório de patente submetido (PT119793)

OPORTUNIDADE

Licenciamento

Parceiro de desenvolvimento comercial

O nosso objetivo é licenciar a nossa tecnologia a parceiros para comercialização em indústrias especializadas na produção de açúcares raros, com aplicações na área alimentar e farmacêutica.

NOVA Inventors

Lígia Martins

André Taborda

Rita Ventura

Márcia Rénio