Potężny algorytm komputerowy przeczesał miliardy możliwych reakcji chemicznych i pokazał, jak ze związków chemicznych traktowanych dotąd jako odpady przemysłowe produkować można ok. 300 leków – opisują w publikacji w „Nature” badacze z zespołu prof. Bartosza Grzybowskiego – podała Polska Agencja Prasowa (PAP).
Chemiczne odpady przemysłowe jako składniki w produkcji kolejnych cennych chemikaliów
W przemyśle chemicznym, farmaceutycznym, fabrykach leków, biodiesla albo np. zakładach zajmujących się recyklingiem przeprowadza się na masową skalę reakcje chemiczne. Oprócz substancji pożądanych powstają tam też tony niepotrzebnych związków chemicznych, których nie ma potem jak utylizować – zwracają uwagę badacze.
Profesor Bartosz Grzybowski (z Allchemy Inc. i z Instytutu Chemii Organicznej Polskiej Akademii Nauk oraz Uniwersytetu UNIST z Korei Płd.) w rozmowie z PAP podał przykład gliceryny, która powstaje przy produkcji biopaliw czy fenolu z kopalni węgla. „Dziesiątki tysięcy ton takich substancji nieraz zalega całymi dekadami w cysternach, i nie wiadomo, jak się ich pozbyć bez szkody dla środowiska” – opisuje.
Jak zaznacza PAP, dotąd takie substancje traktowane były często jako odpady, ale w przyszłości wcale tak być nie musi. Mogą one bowiem służyć jako składniki w produkcji kolejnych cennych związków chemicznych.
Odpady przemysłowe do recyklingu wskazał program Allchemy
Zespół prof. Grzybowskiego przejrzał katalogi firm z całego świata i wybrał ok. 200 typów związków chemicznych, które tam powstają, a są obecnie traktowane jako odpady. A następnie wskazał te chemikalia zaprojektowanemu przez siebie programowi Allchemy. Allchemy – to własność amerykańskiej spółki założonej przez prof. Grzybowskiego i dr Sarę Szymkuć – gromadzi ona gigantyczną wiedzę o różnych typach reakcji chemicznych – z uwzględnieniem warunków, w jakich te przemiany zachodzą. Aby przygotować program Allchemy, trzeba było wykorzystać zaawansowaną wiedzę chemiczną i wykorzystać możliwości sztucznej inteligencji – podaje PAP.
Maszyna wirtualnie przetestowała miliardy reakcji, jakie mogłyby zachodzić między substancjami „odpadowymi”. Produkt jednej reakcji może następnie służyć jako składnik do kolejnej, stąd tak duża liczba kombinacji. Czasem wspomagać się można też było łatwo dostępnymi na rynku substratami. Okazało się, że z zadanych związków można przygotować – w nieskomplikowanych warunkach – mnóstwo pożądanych na rynku produktów: w tym 300 różnych leków czy związki przydatne w rolnictwie – podaje PAP.
I tak w artykule opublikowanym w „Nature” badacze podają, jak ze składników, które wydawały się dotąd odpadami, można wyprodukować m.in. ibuprofen (związek przeciwbólowy), carvedilol i valsartan (stosowany w leczeniu nadciśnienia i chorób serca), mirabegron (pomocny w leczeniu chorób pęcherza), czy dofetylid (przeciw arytmii).
Zagospodarują odpady przemysłowe? Jedne z wytworzonych leków czeka na zatwierdzenie
Aby zademonstrować, że leki rzeczywiście da się produkować z odpadów, zespół rozpoczął współpracę z inną amerykańską firmą – produkującą niewielkie reaktory chemiczne. Firma przeprowadziła syntezę zgodnie z przepisem przygotowanym przez algorytm i wyprodukowała z odpadów kluczowe składniki leków przydatnych w ratowaniu pacjentów pod respiratorami – choćby w COVID-19 (cisatracurium, midazolam, propofol).
„Jeden z leków przygotowanych w taki sposób przez tę firmę czeka teraz na zatwierdzenie ze strony amerykańskiej rządowej agencji Food and Drug Administration” – informuje prof. Grzybowski.
Naukowiec pytany, czy odpady nie zawierają zbyt wiele zanieczyszczeń czy substancji szkodliwych, aby produkować z nich leki, odpowiada, że nie. Tłumaczy, że firmy farmaceutyczne wiedzą, jak oczyszczać związki chemiczne do produkcji leków i proces oczyszczania jest zawsze uwzględniony w procesie produkcji leku, tak, by w produkcie końcowym nie znalazły się żadne substancje niepożądane.
Chemia cyrkularna – podejście do utylizacji odpadów chemicznych
Tak zwana chemia cyrkularna – gdzie produkty jednych reakcji służą jako składniki do kolejnych reakcji – to podejście do utylizacji odpadów chemicznych zalecane choćby w dokumentach Unii Europejskiej. Dotąd jednak trudno było wymyślić, jak z odpadów chemicznych zrobić użytek: reakcje trzeba było projektować ręcznie, „na kartce”. Teraz zaś, dzięki ogromnej możliwości obliczeniowej dawanej przez komputery, otwiera się nowy wszechświat możliwości. Można szybko przeczesywać ogromne zasoby danych i znacznie szybciej znajdować pomysły na wykorzystanie kłopotliwych związków chemicznych – zwraca uwagę PAP.
Na podstawie pap-mediaroom.pl (źródło informacji: Nauka w Polsce)
fot. Schäferle/pixabay.com (zdjęcie ilustracyjne)
