Figura 1. La ventaja cuádruple cuando se usa levadura modificada
La bioproducción ecológica de xilitol y nanofibras de celulosa utilizando células de levadura modificadas, a partir de material producido por la industria del papel ha sido logrado por un equipo de investigación japonés. Este descubrimiento podría contribuir al desarrollo de una sociedad más verde y sostenible. Los hallazgos fueron publicados el 4 de marzo de en Química verde .
La investigación fue realizada por un grupo dirigido por el profesor asistente Gregory Guirimand-Tanaka, La profesora Tomohisa Hasunuma y la profesora Akihiko Kondo de la Escuela de Graduados en Ciencias, Tecnología e Innovación y el Centro de Investigación en Biología de Ingeniería de la Universidad de Kobe.
En su esfuerzo por desarrollar procesos innovadores para lograr una sociedad sustentable, El profesor Kondo se ha centrado en una variedad de biocompuestos como el xilitol, un producto químico de gran valor, que se utiliza ampliamente tanto en la industria alimentaria como en la farmacéutica (por ejemplo, como sustituto del azúcar en la goma de mascar).
El grupo del profesor Kondo también está interesado en nanomateriales innovadores como las nanofibras de celulosa, que presentan un enorme potencial económico debido a las propiedades de la nanocelulosa (propiedades mecánicas, propiedades formadoras de película, viscosidad, etc.), y aplicaciones significativas en alimentos, higiene, absorbente, médico, productos cosméticos y farmacéuticos.
La demanda mundial tanto de xilitol como de nanofibras de celulosa crece constantemente, y el costo y el impacto ambiental de su producción industrial siguen siendo muy altos.
La producción industrial de xilitol y nanofibras de celulosa a partir de D-xilosa purificada y fibras de celulosa, respectivamente, implica procesos costosos y contaminantes. Para resolver estos problemas y lograr una sociedad sostenible y consciente del medio ambiente, debemos hacer uso de biomasa renovable como la pasta de papel (pulpa Kraft) y desarrollar procesos innovadores.
Figura 2. Producción a mayor escala utilizando fermentadores de jarra. Crédito:Universidad de Kobe
Producción biotecnológica de xilitol y nanofibras de celulosa utilizando pulpa Kraft, derivados de la industria del papel, podría ser una opción ventajosa, como este material es abundante, contiene cantidades razonables (17%) de D-xilosa, y se puede convertir en nanomateriales y compuestos básicos de gran valor.
Para liberar la D-xilosa contenida en la pulpa Kraft, normalmente necesitamos añadir una gran cantidad de enzimas comerciales (CE), que son muy costosos. Por lo tanto, decidimos utilizar microorganismos como la levadura modificada, que es capaz de producir estas enzimas por sí mismo, para reducir la cantidad de CE requerida inicialmente. Las células de levadura modificadas desarrolladas llevan estas enzimas directamente sobre su propia superficie celular, ya esta estrategia la llamamos tecnología de "visualización de la superficie celular".
En este estudio, Se coprodujeron xilitol y nanofibras de celulosa a partir de pulpa Kraft utilizando una cepa modificada de levadura de panadería (cepa Saccharomyces cerevisiaeYPH499) que expresa tres enzimas diferentes (β-D-glucosidasa (BGL), xilosidasa (XYL) y xilanasa (XYN)) se muestran conjuntamente en la superficie celular.
Al utilizar esta estrategia, no solo pudimos producir xilitol y nanofibras de celulosa, sino también para aumentar considerablemente la pureza de la celulosa en sí y la rentabilidad del proceso al reducir la cantidad de CE inicialmente requerida (figura 1).
Por último, si bien no menos importante, nuestro equipo pudo realizar con éxito estos experimentos en volúmenes más grandes utilizando fermentadores de jarra de 2 litros, lo que nos permite ampliar aún más la producción industrial de biorefinería de xilitol y nanofibras de celulosa a partir de pulpa Kraft (figura 2).
Con base en estos hallazgos, El equipo seguirá buscando formas de aumentar la bioproducción sostenible de xilitol y nanofibras de celulosa mediante la ingeniería genética de células de levadura.
