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Micrografía electrónica, de baja temperatura, de un cúmulo de bacterias E. coli ampliado 10.000 veces. Cada cilindro redondeado es un individuo. Imagen: Eric Erbe y Christopher Pooley. Fuente: Wikipedia.
Durante muchas décadas, hemos estado dependiendo de los recursos fósiles para producir combustibles líquidos como la gasolina, el diésel, y muchos productos químicos industriales y de consumo para el uso diario.
Sin embargo, el aumento de la presión sobre los recursos naturales, así como problemas ambientales como el calentamiento global han provocado un gran interés en el desarrollo de formas sostenibles de obtener combustibles y productos químicos .
La gasolina, el producto derivado del petróleo más ampliamente utilizado como combustible para el transporte, es una mezcla de hidrocarburos, aditivos y agentes de mezcla. Los hidrocarburos, llamados alcanos, consisten sólo de átomos de carbono e hidrógeno. La gasolina tiene una combinación de alcanos de cadena lineal y de cadena ramificada compuestos de 4-12 átomos de carbono unidos por enlaces directos carbono-carbono.
Una cepa clave
Anteriormente, a través de ingeniería metabólica de la bacteria intestinal Escherichia coli (E. coli), se habían obtenido algunos resultados de la investigación sobre la producción de alcanos de cadena larga, que constan de 13-17 átomos de carbono, adecuados para la sustitución del diésel. Sin embargo, no había habido ningún resultado sobre la producción microbiana de alcanos de cadena corta, un posible sustituto de la gasolina.
En un artículo publicado online en la revista Nature ayer día 29, un equipo de investigación dirigido por el coreano Sang Yup Lee, del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular deel Instituto Superior Coreano de Ciencia y Tecnología (KAIST) informó, por primera vez, del desarrollo de una nueva estrategia para la producción de gasolina microbiana a través de ingeniería metabólica de E. coli.
El equipo de investigación diseñó un metabolismo de ácidos grasos para conseguir derivados de ácidos grasos (obtenidos de biomasa) que fueran más cortos que los metabolitos de ácidos grasos intracelulares normales, y se introdujo una nueva ruta sintética para la biosíntesis de alcanos de cadena corta. Esto permitió el desarrollo de una cepa base de E. coli capaz por primera vez de producir gasolina. El equipo consiguió producir 580 miligramos de gasolina por litro de caldo de cultivo de ácidos grasos.
Además, esta cepa base, si se desea, puede ser modificada para producir otros productos, tales como ésteres grasos de cadena corta y alcoholes grasos de cadena corta.
Sin embargo, el aumento de la presión sobre los recursos naturales, así como problemas ambientales como el calentamiento global han provocado un gran interés en el desarrollo de formas sostenibles de obtener combustibles y productos químicos .
La gasolina, el producto derivado del petróleo más ampliamente utilizado como combustible para el transporte, es una mezcla de hidrocarburos, aditivos y agentes de mezcla. Los hidrocarburos, llamados alcanos, consisten sólo de átomos de carbono e hidrógeno. La gasolina tiene una combinación de alcanos de cadena lineal y de cadena ramificada compuestos de 4-12 átomos de carbono unidos por enlaces directos carbono-carbono.
Una cepa clave
Anteriormente, a través de ingeniería metabólica de la bacteria intestinal Escherichia coli (E. coli), se habían obtenido algunos resultados de la investigación sobre la producción de alcanos de cadena larga, que constan de 13-17 átomos de carbono, adecuados para la sustitución del diésel. Sin embargo, no había habido ningún resultado sobre la producción microbiana de alcanos de cadena corta, un posible sustituto de la gasolina.
En un artículo publicado online en la revista Nature ayer día 29, un equipo de investigación dirigido por el coreano Sang Yup Lee, del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular deel Instituto Superior Coreano de Ciencia y Tecnología (KAIST) informó, por primera vez, del desarrollo de una nueva estrategia para la producción de gasolina microbiana a través de ingeniería metabólica de E. coli.
El equipo de investigación diseñó un metabolismo de ácidos grasos para conseguir derivados de ácidos grasos (obtenidos de biomasa) que fueran más cortos que los metabolitos de ácidos grasos intracelulares normales, y se introdujo una nueva ruta sintética para la biosíntesis de alcanos de cadena corta. Esto permitió el desarrollo de una cepa base de E. coli capaz por primera vez de producir gasolina. El equipo consiguió producir 580 miligramos de gasolina por litro de caldo de cultivo de ácidos grasos.
Además, esta cepa base, si se desea, puede ser modificada para producir otros productos, tales como ésteres grasos de cadena corta y alcoholes grasos de cadena corta.
El mecanismo metabólico de la biogasolina. Fuente: KAIST.
Estrategias
En este trabajo, los investigadores coreanos describen estrategias detalladas para 1) la detección de las enzimas asociadas con la producción de ácidos grasos, 2) la ingeniería de enzimas y rutas biosintéticas de ácidos grasos para concentrar el flujo de carbono hacia la producción de ácidos grasos de cadena corta, y 3) la conversión de los ácidos grasos de cadena corta en sus correspondientes alcanos (gasolina) mediante la introducción de una nueva vía sintética y la optimización de las condiciones de cultivo.
Por otra parte, el equipo de investigación mostró la posibilidad de producir ésteres grasos y alcoholes mediante la introducción de las enzimas responsables en la misma cepa base.
"Es sólo el comienzo de las investigaciones para la producción sostenible de gasolina. Actualmente estamos trabajando en aumentar el rendimiento y la productividad", explica Sang Yup Lee en la nota de prensa del KAIST.
"Nos complace informar de la producción de gasolina a través de ingeniería metabólica de E. coli, que esperamos sirva de base para la ingeniería metabólica de microorganismos con el fin de producir combustibles y productos químicos a partir de recursos renovables", concluye el director de la investigación.
En este trabajo, los investigadores coreanos describen estrategias detalladas para 1) la detección de las enzimas asociadas con la producción de ácidos grasos, 2) la ingeniería de enzimas y rutas biosintéticas de ácidos grasos para concentrar el flujo de carbono hacia la producción de ácidos grasos de cadena corta, y 3) la conversión de los ácidos grasos de cadena corta en sus correspondientes alcanos (gasolina) mediante la introducción de una nueva vía sintética y la optimización de las condiciones de cultivo.
Por otra parte, el equipo de investigación mostró la posibilidad de producir ésteres grasos y alcoholes mediante la introducción de las enzimas responsables en la misma cepa base.
"Es sólo el comienzo de las investigaciones para la producción sostenible de gasolina. Actualmente estamos trabajando en aumentar el rendimiento y la productividad", explica Sang Yup Lee en la nota de prensa del KAIST.
"Nos complace informar de la producción de gasolina a través de ingeniería metabólica de E. coli, que esperamos sirva de base para la ingeniería metabólica de microorganismos con el fin de producir combustibles y productos químicos a partir de recursos renovables", concluye el director de la investigación.
Referencia bibliográfica:
Yong Jun Choi & Sang Yup Lee: Microbial production of short-chain alkanes. Nature (2013). DOI:10.1038/nature12536.
Yong Jun Choi & Sang Yup Lee: Microbial production of short-chain alkanes. Nature (2013). DOI:10.1038/nature12536.
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