Microbios diminutos podrían aportar grandes beneficios a la biomanufactura ecológica
El descubrimiento podría reducir las emisiones de gases de efecto invernadero procedentes de la fabricación de combustibles, fármacos y productos químicos
Los científicos hallan en las bacterias una nueva vía para descarbonizar la industria. Un equipo de investigación dirigido por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) y la Universidad de Berkeley (UC Berkeley) ha creado bacterias para producir productos de carbono nuevos en la naturaleza que podrían constituir una poderosa vía para obtener productos bioquímicos sostenibles.
Breakthrough ofrece alternativas sostenibles a los procesos de fabricación química que suelen depender de los combustibles fósiles.
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Durante los experimentos realizados en el Instituto Conjunto de Bioenergía del DOE, los investigadores observaron cómo una cepa modificada de la bacteria Streptomyces producía ciclopropanos, moléculas de alta energía que podrían utilizarse en la producción sostenible de nuevos compuestos bioactivos y biocombustibles avanzados.
Jing Huang/Berkeley Lab
El avance -anunciado recientemente en la revista Nature- utiliza bacterias para combinar reacciones enzimáticas naturales con una reacción nueva en la naturaleza llamada "reacción de transferencia de carbeno". Este trabajo también podría ayudar algún día a reducir las emisiones industriales porque ofrece alternativas sostenibles a los procesos de fabricación de productos químicos que suelen depender de los combustibles fósiles.
"Lo que demostramos en este trabajo es que podemos sintetizar todo en esta reacción -desde enzimas naturales hasta carbenos- dentro de la célula bacteriana. Todo lo que hay que añadir es azúcar y las células hacen el resto", afirma Jay Keasling, investigador principal del estudio y director general del Instituto Conjunto de Bioenergía (JBEI) del Departamento de Energía.
Los carbenos son sustancias químicas altamente reactivas basadas en el carbono que pueden utilizarse en muchos tipos diferentes de reacciones. Durante décadas, los científicos han querido utilizar las reacciones de carbeno en la fabricación de combustibles y productos químicos, y en el descubrimiento y síntesis de fármacos.
Pero estos procesos con carbenos sólo podían llevarse a cabo en pequeños lotes mediante tubos de ensayo y requerían sustancias químicas caras para impulsar la reacción.
En el nuevo estudio, los investigadores sustituyeron los costosos reactivos químicos por productos naturales que puede producir una cepa modificada de la bacteria Streptomyces. Dado que las bacterias utilizan azúcar para producir productos químicos a través del metabolismo celular, "este trabajo nos permite llevar a cabo la química del carbeno sin disolventes tóxicos o gases tóxicos utilizados normalmente en la síntesis química", dijo el primer autor Jing Huang, investigador postdoctoral de Berkeley Lab en el Laboratorio Keasling. "Este proceso biológico es mucho más respetuoso con el medio ambiente que la forma en que se sintetizan los productos químicos hoy en día", dijo Huang.
Durante los experimentos realizados en el JBEI, los investigadores observaron cómo la bacteria manipulada metabolizaba y convertía azúcares en el precursor carbeno y el sustrato alqueno. La bacteria también expresó una enzima P450 evolucionada que utilizaba esas sustancias químicas para producir ciclopropanos, moléculas de alta energía que podrían utilizarse en la producción sostenible de nuevos compuestos bioactivos y biocombustibles avanzados. "Ahora podemos llevar a cabo estas interesantes reacciones dentro de la célula bacteriana. Las células producen todos los reactivos y cofactores, lo que significa que se puede escalar esta reacción a escalas muy grandes" para la fabricación en masa, dijo Keasling.
Reclutar bacterias para sintetizar sustancias químicas también podría contribuir a reducir las emisiones de carbono, según Huang. Según otros investigadores del Berkeley Lab, cerca del 50% de las emisiones de gases de efecto invernadero proceden de la producción de productos químicos, hierro y acero, y cemento. Según un reciente informe del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático, para limitar el calentamiento global a 1,5 grados centígrados por encima de los niveles preindustriales será necesario reducir drásticamente a la mitad las emisiones de gases de efecto invernadero de aquí a 2030.
Huang afirmó que, aunque este sistema totalmente integrado puede concebirse para un gran número de moléculas donantes de carbeno y sustratos de alqueno, aún no está listo para su comercialización.
"Para cada nuevo avance, alguien tiene que dar el primer paso. Y en ciencia pueden pasar años hasta que se consigue. Pero hay que seguir intentándolo: no podemos darnos el lujo de rendirnos. Espero que nuestro trabajo inspire a otros a seguir buscando soluciones de biomanufactura más ecológicas y sostenibles", afirmó Huang.
Este trabajo ha contado con el apoyo de la Oficina de Ciencia y la Oficina de Investigación Biológica y Medioambiental del DOE. La National Science Foundation ha prestado apoyo adicional.
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