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Un error de biocombustible mejor
Un pequeño microbio encontrado en la Bahía de Chesapeake es el foco de un intenso estudio para una nueva empresa de biotecnología en College Park, MD. Zymetis ha modificado genéticamente una bacteria rara que come celulosa para descomponer y convertir la celulosa en azúcares necesarios para producir etanol, y recientemente completó su primera prueba a escala comercial. A principios de este año, la empresa sometió el microbio modificado a una serie de pruebas en fermentadores grandes y descubrió que podía convertir una tonelada de fibra vegetal celulósica en azúcar en 72 horas. El ensayo, dicen los investigadores, ilustra el potencial del organismo para ayudar a producir etanol de manera económica y eficiente a escala industrial. Zymetis ahora está recaudando la primera ronda de capital de riesgo para llevar la tecnología a aplicaciones comerciales.
Microbio que se alimenta de celulosa: Steve Hutcheson, presidente y CTO de Zymetis, muestra un cultivo de la bacteria S. degradans , encontrado en la Bahía de Chesapeake hace más de 20 años.
Scott Laughlin, director ejecutivo de Zymetis, dice que durante los últimos dos años los científicos de la empresa han trabajado para reacondicionar e impulsar el diminuto organismo. La principal ventaja del microbio es su capacidad para combinar de forma natural dos pasos principales en el proceso del etanol, que según la compañía podría reducir considerablemente los altos costos de producción de etanol a partir de biomasa celulósica como pasto varilla, astillas de madera y pulpa de papel. La compañía está ejecutando el organismo a través de una serie de pruebas para estudiar cómo se podría aplicar el sistema a escala industrial.
La producción de etanol a partir de fuentes celulósicas es un proceso costoso de varias etapas. La materia prima celulósica se trata primero con calor y productos químicos para romper las resistentes paredes celulares del material. Luego se agregan costosas enzimas fabricadas a la mezcla para convertir la celulosa purificada en glucosa, que luego se trata con levadura que convierte los azúcares en etanol. Como resultado, los científicos y varias empresas emergentes están desarrollando microbios mejorados que podrían lograr varios de estos pasos, haciendo que los biocombustibles resultantes sean más competitivos con los combustibles fósiles.
Con ese objetivo, Laughlin dice que la compañía ha desarrollado un sistema de producción de etanol que gira en torno a un microbio que combina rápida y eficientemente los dos primeros pasos del proceso de etanol convencional. Tiene la capacidad de descomponer todo el material vegetal y excreta enzimas que descomponen la celulosa, [que funciona] muy bien en solución, dice Laughlin.
El microbio en el que apuesta la empresa es Saccharophagus degradans , una bacteria que se encuentra en las marismas de la bahía de Chesapeake y que devora material vegetal muerto y desechos sólidos, descomponiéndolos en glucosa. En 2003, Steve Hutcheson , profesor de biología celular y genética molecular en la Universidad de Maryland, examinó el genoma del organismo y descubrió que poseía una combinación de enzimas que rompían las resistentes paredes celulares de las plantas muertas y convertían la celulosa restante en azúcares, dos propiedades valiosas en produciendo etanol celulósico. En 2006, Hutcheson fundó Zymetis para impulsar el rendimiento del microbio a escala comercial.
Desde entonces, la empresa ha estado trabajando con cepas de S. degradans , identificando conjuntos de enzimas responsables de descomponer una variedad de materiales, desde periódicos hasta plantas muertas y desechos sólidos. Hutcheson y sus colegas activaron ciertos genes para aumentar la actividad de estas enzimas y apagaron otros genes que controlaban los comportamientos inhibidores del microbio, como los que le dicen que deje de alimentarse. Como resultado, el organismo genéticamente modificado bombea significativamente más enzimas de las que normalmente haría.
Laughlin y sus colegas analizaron recientemente el organismo a través de una prueba y encontraron que el organismo masticaba una tonelada de fibra vegetal celulósica, convirtiendo la pulpa en azúcar en 72 horas, un proceso que normalmente toma años en la naturaleza. En este momento, estamos trabajando en una escala de tiempo de 24 a 72 horas, dice Laughlin. Es más una cuestión económica para hacerlo más rápido, pero ¿a qué costo? Por eso, estamos trabajando en una gran cantidad de protocolos de procesamiento en diferentes escalas de tiempo para encontrar una ejecución óptima.
La compañía está emparejando el microbio con una cepa de levadura que convierte el azúcar en etanol a medida que el microbio descompone la celulosa. El objetivo de Zymetis es desarrollar unidades de fabricación capaces de producir alrededor de 10 millones de galones de etanol al año, una producción relativamente modesta. Pero Laughlin dice que pensar en pequeño podría conducir a una producción local de etanol más eficiente, y prevé asociarse con fábricas de papel e instalaciones de desechos sólidos para producir etanol en el lugar.
Si miras una planta de etanol de maíz, es esta gran fábrica descomunal, dice Laughlin. Preferimos ubicar plantas eficientes más pequeñas de manera distribuida en los lugares donde está disponible esta fibra de desecho y, al hacerlo, obtenemos mucha eficiencia y podemos llegar al mercado más rápido y no tenemos que cultivar fibra. . Laughlin dice que la compañía tiene como objetivo establecer una instalación piloto de coubicación con un socio no revelado para mediados de 2010.
Qteros , una empresa de biotecnología ubicada en Marlborough, MA, está utilizando métodos similares para aumentar la producción de etanol celulósico. Los investigadores están diseñando un microbio que combina las dos últimas etapas de la producción de etanol: convertir la celulosa en azúcar y convertir el azúcar en etanol. William Frey, director ejecutivo de Qteros, dice que el enfoque de Zymetis se centra en un gran desafío para hacer que el etanol celulósico sea asequible.
Una gran parte del costo está asociada con el pretratamiento y también con la hidrólisis enzimática, dice Frey. La industria está buscando tecnologías que sean económicas y escalables, y las soluciones microbianas tienen la capacidad de reducir la cantidad de pasos y el costo, y eso es una gran pieza.