การพัฒนาโมเลกุลเทียมสำหรับการแปรรูปแก๊สมีเทนเป็นเมทานอลโดยใช้เอนไซม์
ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยนาโกย่า ประเทศญี่ปุ่นได้พัฒนากระบวนการแปรรูปแก๊สมีเทนให้กลายเป็นเมทานอลด้วยเอนไซม์สังเคราะห์แบบใหม่ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นและต้นทุนในการผลิตต่ำลง
มีเทนเป็นส่วนประกอบหลักในแก๊สธรรมชาติและพบมากในแหล่งทรัพยากรต่างๆในโลก เป็นแก๊สเรือนกระจกชนิดหนึ่งที่มีความรุนแรงมากกว่าแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ และมีเสถียรภาพสูงจึงต้องใช้พลังงานมากในการทำให้เกิดปฎิกิริยาทางเคมี ปัจจุบันการเปลี่ยนแก๊สมีเทนให้กลายเป็นเมทานอลซึ่งเป็นสารที่มีความสะอาดมากกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิล ซึ่งสามารถเคลื่อนย้ายและจัดเก็บได้ง่าย เป็นทางเลือกหนึ่งในการแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อมจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ โดยวิธีการทั่วไปจะใช้เอนไซม์ “methane monooxygenase” ในการเปลี่ยนมีเทนให้กลายเป็นเมทานอล อย่างไรก็ตามเอนไซม์ชนิดนี้มีโครงสร้างที่ซับซ้อน จึงทำให้การควบคุมเป็นไปได้ยากและไม่เหมาะกับการผลิตในปริมาณมาก
โดยปกติแล้วเอนไซม์ 1 ชนิดจะมีความเฉพาะเจาะจงกับปฎิกิริยาหรืองานเพียง 1 ประเภทเปรียบเสมือนกุญแจ 1 ดอกที่สามารถใช้กับแม่กุญแจได้เพียง 1 ลูกเท่านั้น การใช้เอนไซม์ประเภทอื่นนอกเหนือจาก“ methane monooxygenase” ในการเปลี่ยนมีเทนให้กลายเป็นเมทานอลตามหลักการแล้วจึงไม่สามารถเกิดขึ้นได้ อย่างไรก็ตามทีมวิจัยได้ทำการศึกษาและพัฒนากระบวนการในการปรับเปลี่ยนโครงสร้างทางโมเลกุลของเอนไซม์จากกระบวนการ “substrate misrecognition”
ในกระบวนการนี้โมเลกุลเทียมที่เรียกว่า “decoy molecules” จะถูกสังเคราะห์และออกแบบให้มีลักษณะโครงสร้างเหมือนโมเลกุลของสารที่เอนไซม์เป้าหมายยอมรับและทำงานร่วมกันได้ หลังจากนั้นเมื่อใส่ decoy molecules เข้าไปในเอนไซม์เป้าหมาย จะทำให้เอนไซม์เป้าหมายเข้าใจผิดจากโครงสร้างเทียมที่สังเคราะห์ขึ้นมา ว่าเป็นสารที่สามารถทำงานร่วมกันได้
ในกรณีนี้คือมีเทนซึ่งจะถูกนำไปใช้กับ “enzyme P450BM3” ที่เป็นเอนไซม์ที่สามารถเปลี่ยนโมเลกุลของกรดไขมันให้เป็นสารประเภทแอลกอฮอล์จากกระบวนการ hydroxylation อย่างไรก็ตามเนื่องจากมีเทนเป็นแก๊สที่มีโครงสร้างทางโมเลกุลขนาดเล็กมากจึงเป็นเรื่องยากในการทำให้ decoy molecules เข้าไปติดอยู่กับโมเลกุลของมีเทน จากการศึกษาเบื้องต้นทีมวิจัยพบว่ามี decoy molecules 40 ชนิด จาก 600 ชนิดที่มีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนแก๊สอีเทน (ethane) ให้กลายเป็นสารประเภทแอลกอฮอล์ได้ ทีมวิจัยคาดว่า decoy molecules ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดจะสามารถเปลี่ยนมีเทนให้กลายเป็นเมทานอลในน้ำที่อุณหภูมิห้องได้ โดยวิธีที่พัฒนาขึ้นมานี้จะมีต้นทุนที่ต่ำลงเมื่อเทียบกับวิธีแบบเก่าเนื่องจาก เอนไซม์ P450BM3 ถูกผลิตมาจาก Priestia megaterium หรือที่เคยรู้จักกันในชื่อ Bacillus megaterium จึงทำให้การควบคุมและการผลิตในปริมาณมากทำได้ง่ายขึ้น ทีมวิจัยคาดว่าเทคโนโลยีนี้จะถูกพัฒนามากขึ้นไปอีกในอนาคตและจะสามารถใช้กับสารไฮโดรคาร์บอนประเภทอื่นๆนอกเหนือจากมีเทน ซึ่งเป็นการสนับสนุนการใช้ประโยชน์จากเอนไซม์ในการลดผลกระทบทางสิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะในประเทศญี่ปุ่นที่ค้นพบแหล่งแก๊สมีเทนในจำนวนมากในท้องทะเลรอบๆประเทศ
