La configuración de laboratorio de la incubadora de luz que muestra dos configuraciones de luz azul experimentales diferentes. Crédito:Jingbo Li, MIT
Una enzima especial dependiente de la luz, que se descubrió por primera vez hace unos tres años, es el punto focal de un nuevo descubrimiento científico que permite la producción de alto rendimiento de biocombustibles directos a partir de biomasa.
En un estudio ahora publicado en Comunicaciones de la naturaleza , ingenieros de la Universidad de Aarhus y el Instituto de Tecnología de Massachusetts han demostrado, que la suposición original del proceso enzimático en esta conversión de biomasa a biocombustibles es realmente incorrecta.
Los hallazgos han permitido a los investigadores biosintetizar con éxito combustibles verdes a niveles cercanos a los relevantes industrialmente de 1,47 gramos por litro de glucosa.
La enzima dependiente de la luz, que se origina a partir de microalgas, tiene la característica particular de que puede descarboxilar ácidos grasos en alcanos (convirtiendo así la biomasa celulósica en biocombustibles directos) utilizando la luz azul como única fuente de energía.
Los investigadores insertan artificialmente la enzima en las células de la levadura oleaginosa Yarrowia Lipolytica mediante la ingeniería de su metabolismo. La levadura sintetiza glucosa, procedente de biomasa, en lípidos (específicamente las moléculas de ácidos grasos libres y acil-CoAs grasos) que luego la enzima convierte en alcanos en una reacción metabólica llamada fotodecarboxilasa de ácido graso, en resumen FAP.
Pero desde el descubrimiento de la enzima, se ha asumido, que los ácidos grasos libres son el reactivo preferido de la enzima en el proceso FAP; que una abundancia de ácidos grasos libres daría como resultado una producción de biocombustible de mayor rendimiento.
Esta suposición es incorrecta, sin embargo.
La configuración de laboratorio de la incubadora de luz que muestra dos configuraciones de luz azul experimentales diferentes. Crédito:Jingbo Li, MIT
"En nuestro estudio, Hemos demostrado que la acil-CoA grasa, y no el ácido graso libre, es el reactivo preferido para la enzima dependiente de la luz. Este hallazgo se ha utilizado con éxito en nuestro estudio para metabolizar el 89 por ciento de las grasas acil-CoA en alcanos, alcanzando títulos de 1,47 g / l de glucosa, "dice Bekir Engin Eser, profesor asistente en la Universidad de Aarhus.
La producción predominante de combustibles directos basados en oleoquímicos en la actualidad se realiza mediante la conversión de oleoquímicos `` convencionales '', como los aceites vegetales, aceites de cocina usados, sebo, y otros lípidos a hidrocarburos (principalmente alcanos) utilizando métodos de tratamiento químico intensivos en energía.
Sin embargo, Obtener grandes cantidades de materias primas lipídicas más o menos sostenibles a un costo lo suficientemente bajo como para dar como resultado una producción rentable de biocombustible directo sigue siendo un desafío que limita severamente la expansión de esta plataforma de producción. Y además, esta producción compite con el suministro de alimentos.
La biosíntesis constituye una solución económica y sostenible, donde la producción se basa en cambio en la conversión de biomasa celulósica, el recurso biológico natural renovable más abundante disponible en la Tierra.
La síntesis biológica de alcanos a partir de ácidos grasos no es nativa, ruta metabólica preferible para la levadura sin embargo, ya que los alcanos son tóxicos para sus células. Por lo tanto, Los investigadores utilizan enzimas de capacidad especial para este propósito y codifican los genes correspondientes en las células de la levadura.
El nuevo descubrimiento es un posible avance en la biosíntesis de combustibles directos, ya que los investigadores, por primera vez que utilizan este proceso, han utilizado el nuevo conocimiento para sintetizar combustibles verdes a un nivel que es relevante para la producción industrial futura:
"Los estudios previos de ingeniería metabólica apuntarían a maximizar la concentración de ácidos grasos libres en las células que se están modificando. Pero ahora, con este descubrimiento, sabemos que es la acil-CoA grasa la que debe maximizarse. Esta es una noticia importante para las aplicaciones de biología sintética, y ahora podemos comenzar a maximizar el flujo de acil-CoA graso en esta vía metabólica diseñada para alcanzar títulos aún más altos en el futuro, "dice el profesor asociado Zheng Guo de la Universidad de Aarhus.
