20.10.2021 - Iowa State University of Science and Technology

Investigadores diseñan microbios más resistentes para mejorar la bioproducción de combustibles y productos químicos

Los ocupados y productivos microbios utilizan enzimas para descomponer hojas, tallos y otros tipos de biomasa y luego convertir ese material en combustibles renovables y productos químicos. Pero algunas de esas enzimas no pueden funcionar a las altas temperaturas o la acidez que mantienen los bajos costes operativos de los procesos de fermentación.

Un equipo de investigación dirigido por Laura Jarboe, de la Universidad Estatal de Iowa, intentará solucionar ese problema identificando enzimas más resistentes y duras e ingeniando microbios para que las utilicen en la fermentación industrial. Su trabajo cuenta con el apoyo de una subvención de tres años y 969.000 dólares del Departamento de Energía de Estados Unidos.

"Queremos hacer que estos microbios sean más robustos", afirma Jarboe, profesor de Ingeniería Química de Cargill en la Universidad de Iowa. "Para ello, tenemos que pensar en el problema de los microbios. No podemos limitarnos a decir: 'Hazlo mejor'".

En este caso, las enzimas que requieren refrigeración o ajustes de pH (acidez/alcalinidad) para mantenerse activas son problemas costosos. Algunas de estas enzimas son vitales para la capacidad de los microbios de convertir sustratos biológicos en productos, y otras son vitales para la supervivencia del organismo.

¿Existen enzimas más resistentes y robustas? ¿Podrían diseñarse los microbios industriales para que se parecieran más a los "extremófilos" y permanecieran activos en las duras condiciones de los fermentadores?

Jarboe, Robert Jernigan, catedrático distinguido de Agricultura y Ciencias de la Vida del Departamento de Bioquímica, Biofísica y Biología Molecular Roy J. Carver, y Peter St.

Millones para estudiar los microbios

La Oficina de Investigación Biológica y Medioambiental del Departamento de Energía concedió este verano 34 becas de biotecnología por un total de 45,5 millones de dólares, entre las que se encuentra esta beca que apoya el trabajo de Jarboe, Jernigan y St. Los ganadores fueron seleccionados tras un proceso competitivo de revisión por pares.

"Los biocombustibles que pueden propulsar aviones y barcos, y los bioproductos fabricados a partir de recursos renovables, desempeñarán un papel fundamental en la descarbonización de nuestra economía", declaró la Secretaria de Energía, Jennifer M. Granholm, en un comunicado en el que anunciaba las subvenciones.

El programa de investigación del Departamento de Energía se centra en dos áreas de estudio: Una, la reingeniería de los microbios que ayudan a convertir la biomasa y los polímeros sintéticos en combustibles y productos. Y dos, el desarrollo de tecnologías de imagen para estudiar mejor las plantas y los microbios utilizados para producir bioproductos.

Los distintos proyectos "nos ayudarán a entender, predecir e incluso diseñar (biocombustibles y bioproductos) a nivel celular, de modo que podamos liberar todo su potencial", dijo Granholm.

De los laboratorios a las fábricas

Jarboe, Jernigan y St. John han desarrollado un plan en tres partes para rediseñar los microbios de modo que produzcan enzimas resistentes al calor y al ácido:

  • St. John dirigirá los esfuerzos para construir modelos computacionales a escala del genoma del metabolismo microbiano, incluidas las reacciones químicas que convierten los azúcares en energía. Los modelos ayudarán a los investigadores a predecir cómo cambiarán las reacciones si aumentan las temperaturas o los cambios de acidez. "Nuestro trabajo tratará de identificar qué enzimas reaccionan a estos estreses y afectan negativamente al metabolismo, que pueden ser objeto de sustitución", dijo.
  • Jernigan dirigirá las búsquedas de datos sobre enzimas para identificar sustitutos resistentes para las enzimas que fallan a alta temperatura o acidez. "He estudiado las proteínas toda mi vida y tenemos datos increíblemente ricos -varios cientos de millones de secuencias de proteínas- y ésta es una oportunidad para hacer aplicaciones prácticas de esta información", dijo.
  • Jarboe dirigirá los esfuerzos para diseñar microbios que puedan producir las robustas enzimas de sustitución. También habrá experimentos para evaluar y caracterizar los microbios, las enzimas y las reacciones químicas resultantes. "Quizá no importe que algunos de los procesos dependan de enzimas muy sensibles", dijo. "Quizá haya otras enzimas que puedan hacer exactamente el mismo trabajo".

Si es así, esas enzimas de sustitución podrían marcar algún día la diferencia en la forma de fabricar combustibles biorenovables, productos químicos y otros productos.

"Encontrar un enfoque sistemático para la ingeniería de la termotolerancia y la tolerancia al pH en los microbios", dijo St. John, "permitirá, con suerte, que las cepas recién desarrolladas pasen del laboratorio a la industria con mayor rapidez y menor coste".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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