Las bacterias modificadas genéticamente pueden convertir la glucosa en un ácido graso, que luego puede transformarse en hidrocarburos llamados olefinas. Para cultivar tales bacterias, los científicos agregan los microbios a matraces llenos de nutrientes (el caldo amarillo) y los agitan en una incubadora para estimular el flujo de oxígeno, como se muestra aquí. Crédito:Douglas Levere/Universidad de Buffalo
Suena como la alquimia moderna:transformar el azúcar en hidrocarburos que se encuentran en la gasolina.
Pero eso es exactamente lo que han hecho los científicos.
En un próximo estudio en Nature Chemistry , los investigadores informan que aprovechan las maravillas de la biología y la química para convertir la glucosa (un tipo de azúcar) en olefinas (un tipo de hidrocarburo y uno de varios tipos de moléculas que componen la gasolina).
El proyecto fue dirigido por los bioquímicos Zhen Q. Wang de la Universidad de Buffalo y Michelle C. Y. Chang de la Universidad de California, Berkeley.
El documento, que se publicará el 22 de noviembre, marca un avance en los esfuerzos para crear biocombustibles sostenibles.
Las olefinas comprenden un pequeño porcentaje de las moléculas en la gasolina tal como se produce actualmente, pero el proceso que desarrolló el equipo probablemente podría ajustarse en el futuro para generar también otros tipos de hidrocarburos, incluidos algunos de los otros componentes de la gasolina, dice Wang. También señala que las olefinas tienen aplicaciones no relacionadas con los combustibles, ya que se utilizan en lubricantes industriales y como precursores para la fabricación de plásticos.
Un proceso de dos pasos que utiliza microbios comedores de azúcar y un catalizador
Para completar el estudio, los investigadores comenzaron alimentando con glucosa a las cepas de E. coli que no representen un peligro para la salud humana.
Zhen Wang, profesor asistente de ciencias biológicas de la Universidad de Buffalo, es un experto en biología sintética. Crédito:Douglas Levere/Universidad de Buffalo
"Estos microbios son adictos al azúcar, incluso peores que nuestros hijos", bromea Wang.
El E. coli en los experimentos fueron modificados genéticamente para producir un conjunto de cuatro enzimas que convierten la glucosa en compuestos llamados ácidos grasos 3-hidroxi. A medida que las bacterias consumían la glucosa, también comenzaban a producir ácidos grasos.
Para completar la transformación, el equipo utilizó un catalizador llamado pentóxido de niobio (Nb2O5) para cortar las partes no deseadas de los ácidos grasos en un proceso químico, generando el producto final:las olefinas.
Los científicos identificaron las enzimas y el catalizador mediante prueba y error, probando diferentes moléculas con propiedades que se prestaban a las tareas en cuestión.
"Combinamos lo que la biología puede hacer mejor con lo que la química puede hacer mejor, y los unimos para crear este proceso de dos pasos", dice Wang, Ph.D., profesor asistente de ciencias biológicas en la Facultad de Ciencias de la UB. Artes y Ciencias. "Con este método, pudimos producir olefinas directamente a partir de la glucosa".
Una cepa de E. coli que no pone en peligro la salud humana crece en un matraz lleno de nutrientes (el caldo amarillo). En un estudio, los científicos diseñaron genéticamente E. coli para convertir la glucosa en una clase de ácidos grasos, que luego el equipo transformó en un hidrocarburo llamado olefina. Crédito:Douglas Levere/Universidad de Buffalo
Una cepa de E. coli que no pone en peligro la salud humana crece en un matraz lleno de nutrientes (el caldo amarillo). En un estudio, los científicos diseñaron genéticamente E. coli para convertir la glucosa en una clase de ácidos grasos, que luego el equipo transformó en un hidrocarburo llamado olefina. Crédito:Douglas Levere/Universidad de Buffalo
La glucosa proviene de la fotosíntesis, que extrae CO2 fuera del aire
"Fabricar biocombustibles a partir de recursos renovables como la glucosa tiene un gran potencial para avanzar en la tecnología de energía verde", dice Wang.
"La glucosa es producida por las plantas a través de la fotosíntesis, que convierte el dióxido de carbono (CO2 ) y agua en oxígeno y azúcar. Entonces, el carbono en la glucosa, y luego en las olefinas, en realidad proviene del dióxido de carbono que se extrajo de la atmósfera", explica Wang.
Sin embargo, se necesita más investigación para comprender los beneficios del nuevo método y si se puede ampliar de manera eficiente para producir biocombustibles o para otros fines. Una de las primeras preguntas que habrá que responder es cuánta energía consume el proceso de producción de las olefinas; si el costo de la energía es demasiado alto, sería necesario optimizar la tecnología para que sea práctica a escala industrial.
Zhen Wang, profesor asistente de ciencias biológicas de la Universidad de Buffalo, es un experto en biología sintética. Crédito:Douglas Levere/Universidad de Buffalo
Zhen Wang, profesor asistente de ciencias biológicas de la Universidad de Buffalo, sostiene un matraz que contiene una cepa de E. coli que no pone en peligro la salud humana. Wang y sus colegas han demostrado que la E. coli modificada genéticamente puede convertir la glucosa en una clase de ácidos grasos, que luego pueden transformarse en hidrocarburos llamados olefinas. Crédito:Douglas Levere/Universidad de Buffalo
Los científicos también están interesados en aumentar el rendimiento. Actualmente, se necesitan 100 moléculas de glucosa para producir alrededor de 8 moléculas de olefina, dice Wang. Le gustaría mejorar esa proporción, centrándose en persuadir a la E. coli para producir más ácidos grasos 3-hidroxi por cada gramo de glucosa consumido.
Coautores del estudio en Nature Chemistry incluir a Wang; chang; Heng Song, Ph.D., en UC Berkeley y la Universidad de Wuhan en China; Edward J. Koleski, Noritaka Hara, Ph.D., y Yejin Min en UC Berkeley; Dae Sung Park, Ph.D., Gaurav Kumar, Ph.D., y Paul J. Dauenhauer, Ph.D., en la Universidad de Minnesota (Park ahora está en el Instituto de Investigación de Tecnología Química de Corea).
