Las bacterias producen mejores combustibles de alcohol

Mediante la ingeniería del proceso metabólico del común E. coli bacterias, investigadores de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA), han persuadido al microorganismo para que produzca alcoholes útiles de cadena larga que tienen potencial como nuevos biocombustibles. Los biocombustibles producidos por bacterias tienen entre cinco y ocho átomos de carbono, en comparación con el etanol, que tiene dos carbonos.





Aumento de proteínas: Los genes insertados en la bacteria E. coli codifican proteínas (estructuras en forma de cinta y cuerda) que convierten un precursor de aminoácidos (molécula verde y roja) en alcoholes que podrían usarse como biocombustibles.

El mayor número de átomos de carbono da a los biocombustibles tanta energía por galón como la gasolina; en comparación, el etanol tiene un 30 por ciento menos de energía que la gasolina. Y a diferencia del etanol, los nuevos biocombustibles son compatibles con la infraestructura de gasolina actual, dice James Liao , profesor de ingeniería química y biomolecular de UCLA, que dirigió la investigación. Dado que los alcoholes de cadena larga no absorben agua tan fácilmente como el etanol, podrían transportarse por todo el país a través de los oleoductos existentes.

Los alcoholes de cadena más larga también tienen una ventaja sobre el butanol, otro biocombustible a base de alcohol, dice Liao. Los alcoholes de cadena larga se separan del agua mucho más fácilmente que el butanol, por lo que no necesitarían una destilación intensiva en energía. Muchas empresas, incluidas DuPont y BP, están intentando comercializar un proceso para fabricar el butanol de alcohol de cuatro carbonos utilizando microbios. El grupo de Liao también ha diseñado errores que producen butanol, y su tecnología ha sido autorizada por la startup Gevo de Pasadena, CA.

Liao y sus colegas usan herramientas de biología sintética para jugar con el metabolismo de aminoácidos de E. coli . Todos los organismos producen una gran cantidad de aminoácidos, que son los componentes básicos de las proteínas. Los investigadores rediseñaron esta vía metabólica para que, hacia el final, los compuestos precursores que normalmente se convertirían en aminoácidos se conviertan en alcoholes de cadena larga.

Para hacer esto, los investigadores insertan genes en las bacterias que las hacen producir moléculas precursoras de aminoácidos anormalmente largas que tienen más de seis átomos de carbono. También diseñaron dos genes, uno de un tipo de levadura y otro de una bacteria productora de queso, en el microbio. Estos genes modificados producen dos nuevas proteínas que pueden convertir los precursores en alcoholes de cinco a ocho carbonos.

Las empresas emergentes LS9 y Amyris Biotechnologies ya están rediseñando microbios para producir combustibles de hidrocarburos. Ambos planean comenzar la producción comercial de sus combustibles en 2010.

Como es el caso del nuevo trabajo, tanto LS9 como Amyris usan biología sintética, reconfigurando los sistemas metabólicos de los microbios insertando genes de otros organismos, rediseñando genes conocidos y alterando las expresiones de proteínas. Pero los enfoques de Liao, LS9 y Amyris apuntan a un tipo diferente de vía metabólica. Los investigadores de LS9 han rediseñado el metabolismo de los ácidos grasos de E. coli , mientras que Amyris está jugando con las vías que producen compuestos naturales conocidos como isoprenoides.

Liao dice que la vía de los aminoácidos podría tener una ligera ventaja. Es naturalmente más activo en bacterias, por lo que jugar con él podría ser más productivo. Creemos que esta es intrínsecamente una forma más eficiente de producir estos compuestos, dice. Entonces, potencialmente, tendremos un mayor rendimiento.

El nuevo combustible de alcohol de cadena larga ha captado el interés de las empresas, según Liao. Pero aún queda un largo camino por recorrer. Un gran desafío a superar podría ser la toxicidad de los alcoholes de cadena larga para las bacterias, dice Chris Somerville , director del Instituto de Biociencias Energéticas de la Universidad de California, Berkeley. El etanol es mortal para los microbios en una concentración de alrededor del 14 por ciento. El butanol es aún más tóxico y mata a los microbios en una concentración de aproximadamente el 2 por ciento. Esta toxicidad es uno de los principales problemas a los que se enfrentan los procesos de butanol. Hacer un producto que sea relativamente no tóxico para el cultivo, dice Somerville, es realmente importante para aumentar el rendimiento.

Liao no cree que la toxicidad sea un impedimento. Él dice que las bacterias podrían modificarse para hacerlas más tolerantes al alcohol. Pero, dice, aumentar el rendimiento estará en manos de la empresa que licencia la nueva tecnología.

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