Biopelícula de hongos que crece en un permeable al oxígeno, Membrana tubular helicoidalmente enrollada en un biorreactor anaeróbico. La biopelícula se retira del reactor al final de una serie de fermentación. Crédito:M. Studer (BFH)
Con la carrera por las fuentes de energía renovables en pleno apogeo, Las plantas ofrecen uno de los candidatos más prometedores para reemplazar el petróleo crudo. Lignocelulosa en particular:biomasa de plantas no comestibles como la hierba, sale de, y la madera que no compite con los cultivos alimentarios es abundante y renovable y ofrece una excelente fuente alternativa al petróleo para una amplia gama de productos químicos.
Para extraerle productos químicos útiles, La lignocelulosa primero se trata previamente para "romperla" y facilitar el procesamiento posterior. Luego se expone a enzimas que solubilizan la celulosa, que es una cadena de azúcares enlazados (glucosa). Este paso se puede realizar añadiendo a la lignocelulosa pretratada un microorganismo que produce naturalmente lo necesario, enzimas que cortan la celulosa, p.ej. un hongo.
Las enzimas "rompen" la celulosa y la convierten en sus azúcares individuales, que se puede procesar más para producir una sustancia química clave:el ácido láctico. Este segundo paso también se logra con un microorganismo, una bacteria que "come" los azúcares y produce ácido láctico cuando no hay oxígeno alrededor.
En el paso final de esta línea de montaje microbiana, el ácido láctico se puede procesar para producir una gran cantidad de productos químicos útiles.
Un equipo de científicos de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Berna (BFH), la Universidad de Cambridge, y EPFL han hecho posible esta cadena de ensamblaje en una sola configuración y han demostrado que esta conversión se puede hacer más versátil y modular. Al intercambiar fácilmente los microorganismos en la final, procesamiento de ácido láctico, paso, pueden producir una amplia gama de productos químicos útiles.
El estudio revolucionario se publica en Ciencias , y fue realizada por Robert Shahab, un Ph.D. EPFL estudiante en el laboratorio del profesor Jeremy Luterbacher, mientras trabajaba en el laboratorio del profesor Michael Studer en la BFH, quien dirigió el estudio.
Una ilustración de los diferentes productos químicos que se pueden producir a partir de la madera de haya utilizando la plataforma de lactato. Crédito:RL Shahab / Science
Los investigadores presentan lo que ellos denominan una 'plataforma de lactato, 'que es esencialmente un biorreactor segregado espacialmente que permite la coexistencia de múltiples microorganismos diferentes, cada uno realizando uno de los tres pasos del procesamiento de lignocelulosa.
La plataforma consta de una membrana tubular que deja pasar una determinada cantidad de oxígeno. En la superficie del tubo se puede cultivar el hongo que consume todo el oxígeno que pasa a través de la membrana, y proporciona las enzimas que descomponen la celulosa en azúcares. Más lejos de la membrana, y por tanto en una atmósfera sin oxígeno, cultivar las bacterias que 'comerán' los azúcares y los convertirán en ácido láctico.
Pero la innovación que hizo Shahab fue en el último paso. Mediante el uso de diferentes microorganismos fermentadores de ácido láctico, pudo producir diferentes productos químicos útiles. Un ejemplo fue el ácido butírico, que se puede utilizar en bioplásticos, mientras que el laboratorio de Luterbacher demostró recientemente que incluso se puede convertir en combustible para aviones.
El trabajo demuestra los beneficios de los cultivos microbianos mixtos en el procesamiento de biomasa de lignocelulosa:modularidad y la capacidad de convertir sustratos complejos en valiosos productos químicos de plataforma.
"Los resultados obtenidos con la plataforma de lactato muestran muy bien las ventajas de los consorcios microbianos artificiales para formar nuevos productos a partir de lignocelulosa, ", dice Michael Studer." La creación de nichos en biorreactores por lo demás homogéneos es una herramienta valiosa para co-cultivar diferentes microorganismos ".
"Fermentar lignocelulosa a muchos productos diferentes fue una cantidad significativa de trabajo, pero era importante mostrar cuán versátil es la plataforma de lactato, ", dice Robert Shahab." Ver la formación de lactato y la conversión en productos de destino fue una gran experiencia, ya que demostró que el concepto de la plataforma de lactato funcionaba en la práctica ".
Jeremy Luterbacher agrega:"El objetivo final es reconstruir un sector de fabricación ecológica para reemplazar uno que produce muchos productos a partir de petróleo crudo. Un método que introduce flexibilidad y modularidad es un paso importante en esa dirección".
