El uso de microbios para producir combustible neutro en carbono
Investigadores de la Universidad de Washington en St. Louis han descubierto una nueva forma de entrenar a los microbios para que produzcan un biocombustible fácilmente utilizable.
Un equipo de biólogos e ingenieros modificó un microbio llamado Rhodopseudomonas palustris TIE-1 (TIE-1) para que pueda producir un biocombustible utilizando solo tres ingredientes de fuentes renovables y naturalmente abundantes: dióxido de carbono, electricidad generada por paneles solares y luz.
El biocombustible resultante, n -butanol, es una alternativa de combustible auténticamente neutra en carbono que se puede usar en mezclas con diésel o gasolina. Los resultados aparecen en la edición del 3 de noviembre de la revista Communications Biology.
El estudio fue dirigido por Arpita Bose, profesora asociada de biología en Artes y Ciencias, y es coautora de miembros de su laboratorio e ingenieros de la Escuela de Ingeniería McKelvey, también de la Universidad de Washington.
"Los microorganismos han desarrollado una asombrosa variedad de técnicas para obtener nutrientes de sus entornos circundantes", dijo Bose. "Quizás una de las más fascinantes de estas técnicas de alimentación es la electrosíntesis microbiana (MES). Aquí hemos aprovechado el poder de los microbios para convertir el dióxido de carbono en compuestos de múltiples carbonos de valor agregado en un biocombustible utilizable".
El primer autor del estudio es Wei Bai, un doctorado del Departamento de Energía, Ingeniería Ambiental y Química de McKelvey Engineering. Bai trabajó como asistente de investigación en el laboratorio de Bose en Artes y Ciencias de 2015 a 2020. Bai es ahora un científico en Amyris, un fabricante de ingredientes sostenibles hechos con biología sintética.
"El combustible que fabricamos, n- butanol, tiene un alto contenido de energía y una baja tendencia a vaporizarse o disolverse en agua sin combustión", dijo Bai. "Esto es especialmente cierto en comparación con el etanol, que es un biocombustible de uso común".
Los microbios que se alimentan a través de la electrosíntesis microbiana se adhieren directamente a un cátodo cargado negativamente dentro del reactor MES para que puedan "comer" electricidad. Investigaciones anteriores del laboratorio Bose ayudaron a esclarecer cómo los microbios como TIE-1 usan electrones para fijar el dióxido de carbono y también cómo se pueden usar para crear bioplásticos sostenibles.
A medida que los científicos aprenden más sobre estos microbios, sus usos potenciales son cada vez más prometedores, dijo Bose, aunque reconoció que se necesitan mejoras antes de que las técnicas puedan implementarse a escalas industriales.
Producir un biocombustible sostenible
Otros investigadores han explorado previamente el uso de microbios como las cianobacterias para producir biocombustibles sostenibles. Sin embargo, este tipo de organismos producen oxígeno durante la fotosíntesis, lo que tiende a limitar su eficiencia para sintetizar biocombustibles, ya que muchas de las enzimas involucradas en las vías biosintéticas son sensibles al oxígeno.
Para explorar cómo se podría explotar TIE-1 para producir biocombustible, Bai y Bose construyeron una forma mutante del microbio que no podía fijar nitrógeno. Luego, los científicos introdujeron una vía de biosíntesis de n- butanol artificial en este nuevo mutante.
La forma del microbio que construyeron no pudo crecer cuando el gas nitrógeno era su única fuente de nitrógeno. Entonces, en cambio, esta versión de TIE-1 canalizó su esfuerzo hacia la producción de n -butanol, aumentando su rendimiento de biocombustible sin aumentar significativamente el consumo de electricidad.
"Hasta donde sabemos, este estudio representa el primer intento de producción de biocombustible utilizando una plataforma de electrosíntesis microbiana alimentada por paneles solares, donde el dióxido de carbono se convierte directamente en combustible líquido", dijo Bai. "Esperamos que pueda ser un trampolín para la futura producción de combustible solar sostenible".
"La fabricación a escala industrial de bioplásticos y biocombustibles mediante electrosíntesis microbiana se puede lograr utilizando la electricidad producida por paneles solares, creando un ciclo completamente sostenible", dijo Bose.
"Estados Unidos y la Unión Europea reconocen la electrosíntesis microbiana como una tecnología clave para las soluciones de sostenibilidad y cambio climático", dijo Bose. "En última instancia, al explotar un metabolismo microbiano que evolucionó en un pasado distante, esperamos que surjan nuevos métodos para ayudar a abordar algunos de los problemas más urgentes de nuestro tiempo".
Fuente: sciencedaily.com