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Genes para producir combustibles de hidrocarburos
Muchas especies producen naturalmente pequeñas cantidades de hidrocarburos. Ahora investigadores en la startup LS9 , con sede en South San Francisco, CA, han descrito los genes y enzimas responsables de esta producción de alcanos, los componentes principales de combustibles como el diesel. Los hallazgos, publicados en la edición actual de la revista Ciencias , han permitido a los investigadores diseñar E. coli bacterias que pueden secretar hidrocarburos alcanos que pueden quemarse en motores diesel.
Gen de combustible: Las cianobacterias que se muestran aquí producen naturalmente hidrocarburos que pueden usarse como combustible en motores diesel. Los investigadores de LS9 ahora han identificado los genes responsables.
LS9 había informado anteriormente sobre el uso de bacterias para producir combustible de hidrocarburos, pero esta es la primera vez que los investigadores han revelado cómo lo hicieron. Esta es la primera caracterización de estas enzimas. Prácticamente no se sabía nada sobre qué enzimas eran responsables y cómo lo hacen, dice Frances Arnold , profesor de ingeniería química, bioingeniería y bioquímica en Caltech. Arnold no participó en el trabajo de LS9. El descubrimiento abre un nuevo conjunto de posibilidades, dice. Estas reacciones son muy interesantes. La naturaleza ha hecho algunas versiones de ellos. Ahora, en el laboratorio, podemos hacer muchas más versiones, para que su imaginación se vuelva loca. Sin embargo, cualquier aplicación comercial que descubran Arnold y otros probablemente requerirá un acuerdo de licencia con LS9, que ha solicitado una patente para su descubrimiento.
Los investigadores de LS9 descubrieron los genes involucrados comparando los genomas de 10 cepas de cianobacterias (también llamadas algas verde azuladas) que naturalmente producen alcanos con una cepa muy similar que no produce alcanos. Identificaron 20 genes que tenían las cepas productoras de alcanos pero de los que carecía la cepa no productora de alcanos. A partir de ahí, los investigadores redujeron las posibilidades hasta que identificaron los genes y enzimas necesarios para la producción de alcanos. Confirmaron su descubrimiento incorporando los genes en E. coli y midiendo los alcanos que las bacterias produjeron posteriormente. Las bacterias secretan los alcanos, que luego pueden recolectarse fácilmente y usarse como combustible.
Los organismos producen alcanos mediante un proceso complejo que produce ácidos grasos a partir de dióxido de carbono o azúcares. Luego, los organismos convierten los ácidos grasos en un aldehído que incluye un átomo de carbono unido a un átomo de oxígeno (juntos crean lo que se llama un grupo carbonilo). La enzima aldehído descarbonilasa ayuda a eliminar este grupo para formar una cadena de átomos de hidrógeno y carbono, el hidrocarburo. El proceso natural produce una colección de hidrocarburos de varias longitudes que son comparables a las moléculas de hidrocarburos en el diesel.
Varios grupos de investigación en universidades y empresas han estado buscando formas de fabricar combustibles renovables que sean lo suficientemente similares a la gasolina, el diésel y el combustible para aviones a base de petróleo para su uso en vehículos existentes. Dichos combustibles serían más versátiles que el etanol, que no se puede utilizar en altas concentraciones en motores normales. El descubrimiento de LS9 es un impulso para este esfuerzo.
Pero queda trabajo por hacer antes de que los genes puedan producir cantidades comerciales de combustible a precios que puedan competir con los combustibles fósiles. Esto está muy lejos de describir un proceso comercialmente viable para producir alcanos, dice Arnold. El combustible tiene que ser muy barato. No está claro si alguna vez lo haremos barato y fácil con esta ruta. Un desafío fundamental es la ampliación del proceso. Todo se reduce a si puede enviar suficiente carbono a través de ese camino para llegar a niveles industriales, dice.
LS9 ha sido diseñado genéticamente E. coli para optimizar el proceso por el cual la bacteria convierte el azúcar en combustible. Por ejemplo, la E. coli se alimenta naturalmente de algunos de los ácidos grasos que produce, en lugar de utilizarlos como materia prima para producir alcanos. LS9 está alterando las bacterias para que no consuman los ácidos grasos, lo que ayuda a aumentar la producción de combustible, dice Andreas Schirmer, director asociado de ingeniería metabólica de LS9.
El primer combustible de la empresa en el mercado probablemente no sea un hidrocarburo. Hace cuatro años, la compañía comenzó a desarrollar un combustible a base de ésteres grasos que, según dice, podría servir como reemplazo del combustible diesel y está más cerca del mercado que el combustible de hidrocarburos que comenzó a desarrollar hace dos años cuando identificó por primera vez los genes y enzimas de alcanos. .