Si la preocupación por el cambio climático global y los altos costos parece que no fuera suficiente, el desastroso derrame de petróleo del Golfo constituye un caso aún más apremiante para el desarrollo de combustibles de transporte que son renovables, pueden ser producidos de manera sostenible, y no poner el medio ambiente en peligro. Los combustibles líquidos derivados de la biomasa de plantas tienen el potencial para ser utilizados como sustitutos directos de la gasolina, diesel y combustibles para reactores, si los medios rentables de la producción comercial se puede encontrar.

Los investigadores del Departamento de Energía de EE.UU. (DOE) ‘s Bioenergía Instituto Mixto (JBEI) han identificado un trío de enzimas bacterianas que pueden catalizar los pasos clave en la conversión de los azúcares de la planta en compuestos de hidrocarburos para la producción de combustibles para el transporte verde.

Harry Beller, un microbiólogo del medio ambiente que dirige el (The Biofuels Pathways department ) la División para la síntesis de combustibles del departamento de Biocombustibles de JBEI, dirigió un estudio en el que un gen de tres racimos del Micrococcus luteus bacteria que fue introducida en la bacteria Escherichia coli. Las enzimas producidas por este trío de genes permitieron sintetizar al E.Coli a partir de la glucosa de la cadena larga de alqueno. Estos alquenos de cadena larga se pueden reducir de tamaño en un proceso llamado “cracking” – para obtener una cadena más corta de hidrocarburos que sean compatibles con los motores actuales y favorecidos para la producción de biocombustibles avanzados a partir de lignocelulosa.

“El ingeniero, con el fin de producir microorganismos para biocombustibles de manera eficiente, es necesario conocer las secuencias de genes específicos aplicables y los pasos metabólicos implicados en la ruta de biosíntesis”, dice Beller. “Ahora hemos identificado tres genes que codifican enzimas que son esenciales para la síntesis bacteriana de los alquenos. Con esta información hemos sido capaces de convertir una E. coli cepa que normalmente no puede hacer de cadena larga de alquenos en un productor de alqueno. ”

Trabajar con Beller en este estudio fueron Ee-Se acuerda Goh y Jay Keasling. Los tres fueron los co-autores de un artículo que apareció a principios de este año en la revista Applied and Environmental Microbiology, titulado “Los genes involucrados en la cadena larga de Alqueno Biosíntesis de Micrococcus luteus.”

Desde hace tiempo se sabe que ciertos tipos de bacterias son capaces de sintetizar hidrocarburos alifáticos, que las convierte en fuentes prometedoras de las enzimas necesarias para convertir la lignocelulosa en biocombustibles avanzados. Sin embargo, hasta hace poco, se sabía poco sobre la biosíntesis bacteriana de los hidrocarburos no isoprenoides más allá de una hipótesis de que los ácidos grasos son precursores. Los investigadores en la División de síntesis de Combustibles , que está a cargo de co-autor Keasling, están utilizando las herramientas de la biología sintética, y los modelos matemáticos del metabolismo y la regulación de los genes para diseñar nuevos microbios que pueden de forma rápida y eficiente producir moléculas avanzadas de biocombustibles. E.coli es uno de los organismos modelo que se utiliza en este esfuerzo porque es un microbio muy estudiado que es excepcionalmente propicio a la manipulación genética.

“Elegimos trabajar con la bacteriana M. luteus porque un pariente cercano que estuvo bien documentado para sintetizar alquenos y porque un proyecto de secuenciar el genoma de M. luteus estaba disponible “, dice Beller. “Lo primero que hicimos fue confirmar que el señor luteus también produce alquenos. ”

Beller y sus colegas trabajaron a partir de una hipótesis de que las enzimas conocidas capaces de catalizar tanto descarboxilación y condensación deben ser buenos modelos para el tipo de enzimas que pueden catalizar la síntesis de los ácidos grasos alquenos.El uso de la condensación enzimas como modelos, los científicos identificaron varios genes candidatos en M. luteus, incluyendo Mlut_13230. Cuando se expresa en E. coli, junto con los dos genes adyacentes – Mlut_13240 y 13250 – este trío de las enzimas cataliza la síntesis de alquenos a partir de la glucosa. Las observaciones se realizaron tanto in vivo como in vitro.

“Este grupo de enzimas puede ser utilizado para hacer hidrocarburos alifáticos en un huésped microbiano adecuado, pero los alquenos resultantes son demasiado largos para ser utilizados directamente como combustibles líquidos”, dice Beller. “Sin embargo, estos alquenos de cadena larga puede ser violada – una técnica utilizada habitualmente en las refinerías de petróleo – para crear hidrocarburos de una longitud apropiada para el combustible diesel”.

El siguiente paso, dice Beller es aprender más acerca de cómo estas tres enzimas trabajan, sobre todo Mlut_13230 (también llamado Olea), que cataliza el paso clave en la ruta de biosíntesis de los alqueno – la condensación de los ácidos grasos.

“También estamos estudiando otras vías que pueden producir hidrocarburos alifáticos de una longitud apropiada para el gasóleo, sin necesidad de grietas,” dice Beller. “La naturaleza ha creado una serie de biocatalizadores para producir hidrocarburos, y nuestro objetivo es aprender más acerca de ellos para la producción de combustibles para el transporte verde”.

JBEI es uno de los tres Centros de Investigación de Bioenergía financiado por el Departamento de Energía de EE.UU. para avanzar en el desarrollo de la próxima generación de biocombustibles. Con sede en Emeryville, California, JBEI es una asociación científica dirigida por Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) e incluyendo los Laboratorios Nacionales Sandia, la Universidad de California (UC) campus de Berkeley y Davis, del Instituto Carnegie para la Ciencia (ubicado en la campus de la Universidad de Stanford), y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore.

Berkeley Lab es un laboratorio de EE.UU. Departamento de Energía nacional ubicado en Berkeley, California. Conduce la investigación científica sin clasificar para la oficina de la GAMA de la ciencia y es administrado por la Universidad de California.

U.S.Departament of Energy
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