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 combustibles verdes a partir de biomasa.
En un estudio que ahora se publica en Nature Communications, ingenieros de la Universidad de Aarhus (Dinamarca) 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 casi relevantes a escala industrial 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 ─es decir, hidrocarburos─, convirtiendo así la biomasa celulósica en biocombustibles directos, utilizando la luz azul como única fuente de energía.
El nuevo descubrimiento es un posible avance en la biosíntesis de combustibles verdes directos
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, que se origina a partir de la biomasa, en lípidos (específicamente las moléculas de ácidos grasos libres y acil-CoAs grasos) que luego es convertida en alcanos por la enzima 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. Sin embargo, esta suposición es incorrecta.
«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% de la acil-CoA grasa en alcanos, alcanzando niveles de 1,47 g/l de glucosa«, afirma Bekir Engin Eser, profesor asistente de la Universidad de Aarhus.
En la actualidad, la producción predominante de combustibles directos basados en oleoquímicos se realiza mediante la conversión de oleoquímicos “convencionales» como aceites vegetales, aceites de cocina usados, sebo y otros lípidos en hidrocarburos (principalmente alcanos) utilizando métodos de tratamiento químico intensivos en energía.
Sin embargo, la obtención de 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. 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.
Sin embargo, la síntesis biológica de alcanos a partir de ácidos grasos no es una ruta metabólica nativa preferible para la levadura, 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 de ingeniería metabólica anteriores apuntarían a maximizar la concentración de ácidos grasos libres en las células que se están manipulando. Pero ahora, con este descubrimiento, sabemos que es la acil-CoA grasa la que debe maximizarse. Esta es una noticia importante para los las aplicaciones biológicas de los combustibles sintéticos, y ahora podemos comenzar a maximizar el flujo de acil-coA graso en esta vía metabólica diseñada para alcanzar niveles aún más altos en el futuro«, concluye el profesor asociado Zheng Guo, de la Universidad de Aarhus.
Fuente: Nature Communications.
