Biocatalytic production of chiral amines

A very important array of pharmaceutical, chemical and agrochemical compounds is constituted by chiral amines and amino acids. They play key roles in the preparation of biological active molecules and in the resolution of chiral acids. The stereoselective production of amines can be accomplished both by chemical and biocatalytic synthesis. A lot of efforts have been accomplished to develop an efficient chemical asymmetric synthesis, but this still remains a challenge. Harsh reaction conditions, insufficient stereoselectivity for the pharmaceutical use and the presence of toxic or environmentally problematic transition metals are severe drawbacks of the conventional chemical approach. Because of their high stereoselectivity and the possibility to carry out the reactions in mild conditions, biocatalysts are gaining consideration as a valuable alternative to the standard chemical synthesis. During my PhD I focused my attention on the production of enantiopure amines, in particular I have investigated these two topics: - Cloning, expression and characterization of a novel ω-transaminase from the moderate halophile Halomonas elongata and screening of its activity on a library of amino donors and amino acceptors. - Set up and optimization of a dynamic kinetic resolution process for the production of enantiopure amino acids derivates by coupling an in-situ chemical racemization with an enzymatic hydrolysis.

Un gruppo di composti molto importante per i settori chimico, farmaceutico e agrochimico è costituito da ammine e aminoacidi chirali. Queste sostanze giocano un ruolo chiave nella preparazione di molecole biologicamente attive e nella risoluzione di acidi chirali. Sono stati compiuti molti sforzi per sviluppare un efficiente sintesi chimica asimmetrica ma, al momento, questa rimane ancora una sfida. Condizioni di reazione estreme, insufficiente stereoselettività per un uso farmaceutico e l’utilizzo di metalli di transizione tossici o problematici per l’ambiente sono gravi svantaggi legati all'approccio chimico convenzionale. Per la loro elevata stereoselettività e la possibilità di condurre le reazioni in condizioni blande, la biocatalisi sta guadagnando considerazione come una valida alternativa rispetto alla sintesi chimica convenzionale. Durante il mio dottorato mi sono occupato della produzione di ammine enantiomericamente pure. In particolare ho approfondito i seguenti due argomenti: - Clonaggio, espressione e caratterizzazione di una nuova ω-transaminasi individuata all’interno del genoma del alofilo moderato Halomonas elongata e lo studio della sua attività su una libreria di donatori e accettori del gruppo amminico. - Messa a punto e ottimizzazione di un processo di risoluzione cinetica dinamica per la produzione di derivati amminoacidici accoppiando una racemizzazione chimica in situ con un idrolisi enzimatica.