Ocupado, los microbios productivos usan enzimas para descomponer las hojas, tallos y otra biomasa y luego convertir ese material en combustibles renovables y productos químicos. Pero algunas de esas enzimas no pueden funcionar a altas temperaturas o acidez que mantienen bajos los costos operativos de los procesos de fermentación.

Un equipo de investigación dirigido por Laura Jarboe, de la Universidad Estatal de Iowa, intentará solucionar ese problema identificando más enzimas más resistentes y microbios de ingeniería para usarlos en la fermentación industrial. Su trabajo está respaldado por un período de tres años, $ 969, 000 subvención del Departamento de Energía de EE. UU.

"Queremos hacer que estos microbios sean más robustos, "dijo Jarboe, Profesor Cargill de Ingeniería Química del estado de Iowa. "Para hacer eso, tenemos que pensar en el problema de los microbios. No podemos simplemente decir 'Hacerlo mejor.'"

En este caso, las enzimas que requieren enfriamiento o ajustes de pH (acidez / alcalinidad) para permanecer activas son problemas costosos. Algunas de estas enzimas son vitales para la capacidad de los microbios de convertir sustratos de base biológica en productos, y algunos son vitales para la supervivencia del organismo.

¿Hay más resistentes? más duro enzimas más robustas que existen? ¿Podrían diseñarse microbios industriales para parecerse más a "extremófilos" y permanecer activos en las duras condiciones de los fermentadores?

Trabajando en equipo para encontrar respuestas están Jarboe; Robert Jernigan, un Profesor Distinguido Charles F. Curtiss del Estado de Iowa en Agricultura y Ciencias de la Vida en el Departamento de Bioquímica Roy J. Carver, Biofísica y Biología Molecular; y Peter St. John, científico principal del Centro de Biociencias del Laboratorio Nacional de Energía Renovable del Departamento de Energía de EE. UU. en Golden, Colorado.

Millones para estudiar microbios

La Oficina de Investigación Biológica y Ambiental del Departamento de Energía otorgó 34 subvenciones de biotecnología por un total de $ 45.5 millones este verano. incluyendo esta subvención que apoya el trabajo de Jarboe, Jernigan y St. John. Los ganadores fueron seleccionados después de una competencia, proceso de revisión por pares.

"Biocombustibles que pueden propulsar aviones y barcos, y los bioproductos elaborados a partir de recursos renovables desempeñarán un papel fundamental en la descarbonización de nuestra economía, "dijo la Secretaria de Energía Jennifer M. Granholm, en un comunicado anunciando las subvenciones.

El programa de investigación del departamento de energía se centra en dos áreas de estudio:una, rediseñar microbios que ayuden a convertir biomasa y polímeros sintéticos en combustibles y productos. Y dos, desarrollar tecnologías de imágenes para estudiar mejor las plantas y microbios utilizados para producir bioproductos.

Los diversos proyectos "nos ayudarán a comprender, predecir, e incluso diseño (biocombustibles y bioproductos) a nivel celular, para que podamos desbloquear todo su potencial, "Dijo Granholm.

Laboratorios a fábricas

Jarboe, Jernigan y St. John han desarrollado un plan de tres partes para rediseñar microbios para que produzcan enzimas resistentes al calor y al ácido:

• St. John liderará los esfuerzos para construir computacionales, modelos a escala genómica del metabolismo microbiano, incluidas las reacciones químicas que convierten los azúcares en energía. Los modelos ayudarán a los investigadores a predecir cómo las temperaturas más altas o los cambios en la acidez cambiarán las reacciones. "Nuestro trabajo intentará identificar qué enzimas reaccionan a estas tensiones y afectan negativamente al metabolismo, que luego pueden ser objeto de reemplazo, " él dijo.
• Jernigan dirigirá búsquedas de datos de enzimas para identificar reemplazos resistentes para las enzimas que fallan a alta temperatura o acidez. "He estudiado proteínas toda mi vida y tenemos datos increíblemente ricos, varios cientos de millones de secuencias de proteínas, y esta es una oportunidad para hacer aplicaciones prácticas de esta información, " él dijo.
• Jarboe liderará los esfuerzos para diseñar microbios que puedan producir enzimas de reemplazo robustas. También se realizarán experimentos para evaluar y caracterizar los microbios, enzimas y reacciones químicas resultantes. "Quizás no importa que algunos de los procesos dependan de enzimas altamente sensibles, ", dijo." Quizás hay otras enzimas que pueden hacer exactamente el mismo trabajo ".

Si ese es el caso, esas enzimas de reemplazo podrían algún día hacer una diferencia en la forma en que los combustibles biorrenovables, se fabrican productos químicos y otros productos.

"Encontrar un enfoque sistemático para la ingeniería de la termotolerancia y la tolerancia al pH en microbios, "San Juan dijo, "Con suerte, permitirá que las cepas recientemente desarrolladas se trasladen del laboratorio a la industria con mayor velocidad y menor costo".