Una bacteria está cumpliendo un anhelado deseo de muchos químicos. La bacteria E. coli, que ha sido modificado para dotarlo de enzimas especiales, se ha demostrado que fabrica bloques de construcción para plásticos, como poliésteres, directamente de los componentes del petróleo llamados alcanos, usando muy poca energía. Este estudio fue realizado por Youri van Nuland y obtuvo su doctorado por esta investigación en Wageningen University &Research el 20 de octubre.

Para producir plásticos, los bloques de construcción en cuestión deben estar acoplados entre sí, cada bloque de construcción necesita dos grupos químicos especiales, que se puede comparar con 'ganchos' u 'ojos', en sus extremos. Los alcanodioles son bloques de construcción particularmente importantes. Son alcanos, como propano y butano, con dos grupos alcohólicos en sus extremos y se pueden utilizar para la producción de poliésteres, poliuretanos, poliamidas y otros plásticos.

Los bloques de construcción alcanodiol actualmente en el mercado a menudo están hechos de las materias primas más complejas acetileno o benceno, a través de una serie de pasos intensivos en energía que liberan grandes cantidades de gases de efecto invernadero, dióxido de carbono y gas de la risa (óxido nitroso). Se emiten seis kilogramos de CO2 por kilogramo de producto. Anualmente se producen alrededor de 1,8 millones de toneladas de butanodiol.

Lista de deseos químicos

Por lo tanto, una solución obvia sería hacer estos bloques de construcción alcanodiol directamente de simples, alcanos fácilmente disponibles, equipando ambos extremos de estas moléculas con un grupo alcohol o 'gancho'. Esta conversión consume poca energía y libera solo cantidades limitadas de gases de efecto invernadero. Por lo tanto, un método de conversión de este tipo ha ocupado un lugar destacado en la lista de deseos desde el nacimiento de la industria petroquímica.

Hasta aquí, sin embargo, los numerosos laboratorios industriales y universitarios no han podido realizar una ruta directa para sintetizar estos bloques de construcción para la fabricación de plásticos. El problema era que durante el proceso, los átomos de carbono internos de los alcanos estaban equipados con un grupo alcohol, así como los átomos de carbono externos. Esto significó que la reacción química no fue lo suficientemente específica y produjo subproductos indeseables. Los grupos de alcohol fueron, es más, convertido en grupos ácidos o toda la molécula se quemó en dióxido de carbono y agua.

La enzima alcano hidroxilasa (AlkB) es específicamente capaz de equipar solo los átomos de carbono externos de los alcanos con grupos alcohol, aunque también cambia los grupos alcohol en grupos ácidos. Es más, solo puede hacerlo en un lado de la molécula de alcano. Parecía que los deseos del químico no se iban a cumplir; hubo un punto muerto.

Sin embargo, Youri van Nuland, estudiante de doctorado en el grupo de investigación de Ingeniería de Bioprocesos de la Universidad e Investigación de Wageningen, ahora ha logrado realizar la conversión deseada de alcanos a alcanodioles utilizando la enzima AlkB. Modificó genéticamente una cepa de la bacteria E. coli y la equipó con AlkB y otra enzima, alcohol acetiltransferasa. La enzima Atf1 protege rápidamente el grupo alcohol formado por AlkB, permitiéndole reaccionar con ácido acético para formar un éster estable antes de que pueda convertirse en un grupo ácido. Un punto sorprendente aquí es que AlkB ahora puede equipar el otro extremo del alcano con un grupo alcohol también y que Atf1 también permite que este reaccione para formar un éster. Los ésteres formados a partir de un alcanodiol son fáciles de convertir en el alcanodiol requerido y esta conversión requiere poca energía.

Youri van Nuland ha demostrado esta conversión a escala de laboratorio con alcanos que varían de butano a decano. Será necesaria una mayor optimización y ampliación para convertir el método en un proceso industrial. Hay una patente pendiente para su descubrimiento.