Jacek Dulęba, Tomasz Siódmiak, Rafał Mastalerz, Natalia Kocot, Agnieszka Dębińska, Emilia Suchomska, Mateusz Czeczka, Kamil Cała, Dorota Wątróbska-Świetlikowska, Michał Piotr Marszałł
The application of lipase from Burkholderia cepacia in the enantioselective pharmaceutical biocatalysis 9
2022-06-30
Zastosowanie lipazy z Burkholderia cepacia w enancjoselektywnej biokatalizie farmaceutycznej
Lipazy są szeroko stosowanymi katalizatorami w przemyśle farmaceutycznym i biotechnolgicznym. Charakteryzują się wysoką aktywnością katalityczną, stabilnością oraz są przyjazne dla środowiska. Mogą być stosowane zarówno w formie wolnej, jak i immobilizowanej. W celu polepszenia aktywności enzymatycznej, proces immobilizacji przeprowadza się różnymi metodami (np. fizyczna adsorpcja, wiązanie kowalencyjne, oddziaływanie jonowe, enkapsulacja oraz sieciowanie). Najważniejszymi aktywnościami lipazy są: enancjoselektywność, (np. kinetyczny rozdział mieszanin racemicznych) i aktywność lipolityczna, umożliwiająca hydrolizę triacylogliceroli (TAG) w środowisku wodnym do wolnych kwasów tłuszczowych (WKT) i glicerolu. Jedną z najczęściej stosowanych lipaz jest lipaza z Burkholderia cepacia (BCL), charakteryzująca się wysoką aktywnością hydrolityczną, niezależnie od długości łańcucha kwasu organicznego. Enancjoselektywność BCL umożliwia otrzymywanie chiralnie czystych związków w wielu reakcjach, zwłaszcza poprzez transestryfikację.
Celem niniejszej pracy przeglądowej było przedstawienie zastosowania lipazy BCL w reakcjach enancjoselektywnych o znaczeniu farmaceutycznym. Możliwość uzyskania z użyciem lipazy, (R)-1-fenyloetanolu, chiralnego bloku budulcowego w syntezie leków, jest jedną z modelowych reakcji tego typu. Jednakże, BCL zastosowano również do otrzymywania niesteroidowych leków przeciwzapalnych (NLPZ), takich jak (S)-ibuprofen i (S)-ketoprofen. Co więcej, enzym został wykorzystany również w kinetycznym rozdziale pochodnych mio-inozytolu, stosowanych w leczeniu zaburzeń hormonalnych i kwasu (R,S)-migdałowego, mającego zastosowanie w dermatologii. Wykazano użyteczność BCL w otrzymywaniu chiralnie czystego L-mentolu, będącego środkiem chłodzącym i łagodzącym w różnych postaciach leku. Odnotowano także zastosowanie BCL w katalizowaniu desymetryzacji pochodnych propan-1,3-diolu, używanych jako prekursory w syntezie różnych leków. Z tego powodu, BCL wydaje się być jednym z najbardziej odpowiednich katalizatorów do prowadzenia biokatalizy farmaceutycznej oraz wzbudza coraz większe zainteresowaniembadaczy i konsorcjów badawczych.
Słowa kluczowe: lipaza z Burkholderia cepacia, immobilizacja, enancjoselektywność, leki chiralne, prekursory chiralne.
© Farm Pol, 2022, 78(4): 194–200
The application of lipase from Burkholderia cepacia in the enantioselective pharmaceutical biocatalysis
Lipases are widely applied catalysts in the pharmaceutical and biotechnological industries. They are characterized by high catalytic activity, and stability and are environmentally friendly. These enzymes could be used in free and in immobilized form. The immobilization procedure is exerted to improve enzyme activity and is carried out by different methods (e.g. physical adsorption, covalent binding, ionic interaction, encapsulation, cross-linking, entrapment). The most important lipase activities are enantioselectivity (e.g. the kinetic resolution of the racemic mixture) and lipolytic activity, enabling hydrolysis of triacylglycerol (TAG) to free fatty acids (FFA) and glycerol in an aqueous medium. One of the most commonly investigated is lipase from Burkholderia cepacia (BCL), characterized by high hydrolytic activity, regardless of the length of the organic acid chain. The enantioselectivity of BCL allows receiving chirally pure compounds in, among others, the transesterification reactions.
The review aimed to present the application of BCL in enantioselective reactions of pharmaceutical significance. Obtained using this lipase, the (R)-1-phenylethanol, is the chiral building block in drug synthesis. However, BCL has been also studied for the synthesis of nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) such as (S)-ibuprofen and (S)-ketoprofen. Moreover, this enzyme has been used in the kinetic resolution of myo-inositol derivatives, applied in treating hormonal disorders, and (R,S)-mandelic acid used in dermatology. It was shown that BCL was also helpful in receiving chirally pure L-menthol, the demulcent and cooling compound in various drug forms. The application of BCL in catalyzing desymmetrization of propan-1,3-diol derivatives, applied as intermediates in various drug synthesis, has been noted. Therefore, BCL seems to be one of the most suitable catalysts for performing pharmaceutical biocatalysis and is of increasing interest to researchers and research consortia.
Keywords: lipase from Burkholderia cepacia, immobilization, enantioselectivity, chiral drugs, chiral intermediates.
© Farm Pol, 2022, 78(4): 194–200