No puedes verlos a simple vista, pero la mayoría de las plantas emiten gases volátiles (isoprenoides) a la atmósfera cuando respiran y crecen. Algunas plantas emiten casi nada; otros emiten kilogramos anualmente.

¿Por qué son interesantes las emisiones de isoprenoides de las plantas? Bien, Los isoprenoides contribuyen enormemente a las cantidades de hidrocarburos que se liberan a la atmósfera, donde pueden convertirse en potentes gases de efecto invernadero, afectando el cambio climático. Realmente, Se ha estimado que los isoprenoides de cadena corta representan más del 80% de todos los compuestos orgánicos volátiles emitidos por todos los organismos vivos. totalizando alrededor de 650 millones de toneladas de carbono por año.

"Descubrimos una nueva forma en que las plantas regulan la cantidad de isoprenoides volátiles que emiten a la atmósfera, que había sido desconocido durante mucho tiempo. Algunas plantas emiten mucho, mientras que especies muy similares no las emiten en absoluto. Esto es interesante desde el punto de vista de la investigación básica para comprender mejor estas emisiones y cómo el cultivo de diferentes plantas podría afectar el ciclo del carbono y los gases de efecto invernadero. "dice el primer autor de un nuevo estudio publicado recientemente en eLife , Investigadora principal Mareike Bongers del Centro de Biosostenibilidad de la Fundación Novo Nordisk y del Instituto Australiano de Bioingeniería y Nanotecnología, La Universidad de Queensland.

Los cultivos que emiten mucho isopreno son, por ejemplo, árboles de palma aceitera; abeto, que se cultiva para madera; y álamos, que se cultivan para madera y biocombustible. Con este conocimiento, En principio, los agricultores podrían optimizar las tierras forestales y el área agrícola plantando menos plantas de alto emisor y más cero emisores.

"Debería decirse, aunque, que no sabemos con certeza que todos los efectos de estas emisiones son malos, se necesita más investigación al respecto. Pero lo que está claro es que muchos de los efectos nocivos de las emisiones de isoprenoides ocurren cuando reaccionan con contaminantes atmosféricos comunes. que afecta la formación de gases de efecto invernadero y la calidad del aire. Por lo tanto, Las grandes plantaciones con altas emisiones son particularmente problemáticas en las proximidades de la contaminación del aire industrial o municipal. Entonces, Reducir la contaminación es otra forma de abordar el problema. "dice Mareike Bongers.

Los investigadores detrás de este estudio ahora están estudiando la posibilidad de utilizar este nuevo conocimiento en biotecnología aplicada. Los investigadores realmente descubrieron el nuevo mecanismo regulador, porque intentaron diseñar la bacteria E. coli para producir isoprenoides buscados, que podría reemplazar muchos productos químicos de combustibles fósiles si pudieran producirse a un costo más bajo.

Entonces, mientras se manipulan genes de plantas en E. coli para mejorar la producción de isoprenoides, los investigadores se dieron cuenta del mecanismo de regulación basado en plantas. Cuando se diseñó E. coli con genes vegetales para una enzima conocida como HDR, produjeron dos sustancias químicas importantes en diferentes proporciones, y esto influyó en la cantidad de isopreno que se podría producir.

Esta revelación es muy útil en biotecnología aplicada, porque los isoprenoides se pueden convertir en productos como el caucho. GoodYear ya ha producido neumáticos para automóviles hechos de isopreno bioproducido. Es más, los hallazgos también podrían mejorar la producción de isoprenoides monoterpenos, que son excelentes combustibles para reactores porque son muy densos en energía.

"Esto es particularmente interesante desde una perspectiva de sostenibilidad, porque no se prevé que los aviones puedan alimentarse con otra cosa que no sean combustibles líquidos, a diferencia del transporte terrestre, que podría ser eléctrico, " ella dice.

Finalmente, Los isoprenoides también se utilizan como sabores y fragancias en perfumes y cosméticos, y son muy importantes como compuesto activo en algunos medicamentos, por ejemplo, el fármaco antipalúdico artemisinina o taxadieno, a partir del cual se elabora el fármaco contra el cáncer Taxol.

Hoy dia, la mayoría de los laboratorios y empresas de biotecnología que fabrican isoprenoides utilizan una vía de levadura, ya que los rendimientos obtenidos han sido mucho mayores que con E. coli. Pero la vía utilizada por E. coli y las plantas tiene un rendimiento teórico más alto, lo que significa que teóricamente se podrían producir más isoprenoides a partir de las mismas cantidades de azúcar en E. coli que en la levadura. Por lo tanto, tratar de optimizar E. coli para la producción de isoprenoides tiene sentido comercialmente.

El equipo comparó ocho genes HDR de plantas diferentes y un gen HDR de cianobacterias en E. coli. El mejor resultado se obtuvo con genes de melocotón, álamo y ricino. Dado que se trataba de una prueba de concepto, el equipo solo produjo 2 mg de isopreno por litro de caldo celular. Pero con más esfuerzos de ingeniería y optimización de la fermentación, los investigadores esperan mejorar la producción de isopreno en E. coli utilizando este sistema.

"Vimos que elegir la enzima vegetal adecuada marcó una gran diferencia en la producción de isopreno en E. coli. Entonces, Nuestro enfoque de 'aprender de la naturaleza' sobre cómo algunas plantas se volvieron tan buenas para emitir isoprenoides realmente nos ayudó a diseñar fábricas de células más eficientes. "concluye.