Un hongo convierte la celulosa directamente en una nueva plataforma química
Un nuevo proceso para la producción masiva de ácido eritroisocítrico a partir de residuos podría hacer interesante esta sustancia para la industria en el futuro
El hongo Talaromyces verruculosus puede producir directamente a partir de residuos vegetales baratos el producto químico ácido eritroisocítrico, que hasta la fecha ha recibido poca atención en el mercado, y hacerlo así interesante para su utilización industrial. Utilizando las capacidades naturales del hongo no modificado genéticamente, un equipo de investigación de Jena ha descubierto un método para la conversión eficiente de la celulosa en una forma de ácido isocítrico. El nuevo método de producción podría simplificar significativamente el proceso de obtención de productos químicos de plataforma a partir de celulosa, hasta ahora complejo y con múltiples etapas, al requerir un único bioproceso. Gracias al nuevo método rentable, la molécula hermana raramente utilizada del ácido cítrico, de uso intensivo, puede beneficiar a una economía circular sostenible, siempre que exista un mercado para ella. El estudio ha sido publicado por un equipo de investigadores del Instituto Leibniz de Investigación de Productos Naturales y Biología de las Infecciones - Instituto Hans Knöll (Leibniz-HKI) en la revista ACS Sustainable Chemistry & Engineering.
Como productos metabólicos naturales de la mayoría de los organismos vivos, el ácido cítrico y el ácido isocítrico se encuentran entre los ácidos más extendidos en la naturaleza. El ácido cítrico se produce industrialmente en grandes cantidades a partir del hongo Aspergillus niger. Con una producción anual de unos 2,8 millones de toneladas en todo el mundo, es uno de los productos biotecnológicos de mayor volumen de todos. Su gama de aplicaciones es enorme: ya sea como agente desincrustante, conservante, producto de cuidado o potenciador del sabor, este versátil producto químico natural es un aditivo importante y también barato en la industria, ya que la producción biotecnológica es extremadamente eficiente y poco complicada. La producción de bioplásticos y biocombustibles a partir del ácido cítrico también es técnicamente posible. Sin embargo, como el ácido cítrico se produce a partir del azúcar y, por tanto, compite directamente con la producción de alimentos, estos campos de aplicación no han sido hasta ahora ni económicos ni sostenibles. De hecho, la producción de ácido cítrico consume actualmente más del 1% de la producción mundial de azúcar.
El ácido icosítrico es muy similar al ácido cítrico, sólo que un grupo hidroxilo está situado en un átomo de carbono diferente. Esto hace que la molécula sea asimétrica y que existan dos variantes diferentes, conocidas como diastereómeros, que se denominan ácido treo- y eritro-isocítrico. Cada diastereómero tiene dos variantes especulares, las formas D- y L-. El ácido cítrico y el ácido isocítrico tienen propiedades casi idénticas y cabe suponer que la forma iso sería igual de aplicable. La razón de que esto no sea así es que aún no se ha conseguido un proceso de producción eficiente para el ácido isocítrico puro, por lo que actualmente sólo está disponible como producto químico de investigación. Actualmente, un kilogramo de esta sustancia cuesta unos 18.000 euros. Sin embargo, el nuevo proceso de producción permite una producción sostenible y barata a partir de desechos y residuos vegetales como paja, papel usado o residuos de madera, lo que podría hacer posible producir ácido isocítrico incluso más barato que el ácido cítrico en el futuro. Hasta ahora, para utilizar estas materias primas renovables era necesario un complejo proceso de tres etapas. En primer lugar, se necesitaban costosas enzimas para descomponer enzimáticamente la celulosa en azúcar, para que finalmente pudiera ser utilizada por los microorganismos.
Un hongo, un proceso
Un enfoque prometedor es el llamado bioprocesamiento consolidado (CBP), en el que varias fases del proceso se combinan en una sola utilizando microorganismos adecuados. La estrella del nuevo procedimiento biotecnológico es el hongo Talaromyces verruculosus.
En pruebas de cribado, el primer autor, Ivan Schlembach, descubrió que el tipo silvestre de T. verruculosus aislado de la naturaleza puede convertir la lignocelulosa directamente en ácido eritro-isocítrico, en masa y de forma muy eficiente en un único proceso en el que el propio hongo produce todas las enzimas necesarias para ello.
En los experimentos, los investigadores determinaron las condiciones ideales para la degradación de la celulosa y la producción de ácido isocítrico, incluidos factores como el contenido de nitrógeno, el valor del pH, la temperatura y la concentración de nutrientes. También desarrollaron nuevos métodos para medir con precisión la actividad de la enzima celulasa, crucial para la degradación de la celulosa, durante el proceso de fermentación. Esto permite un control óptimo del proceso de producción. Miriam Rosenbaum dirige la Bioplanta Piloto del Leibniz-HKI y es catedrática de Biotecnología Sintética en la Universidad Friedrich Schiller de Jena. Explica: "T. verruculosus tiene la capacidad única de convertir la lignocelulosa directamente en ácido eritroisocítrico con notable eficacia. Lo hace a una velocidad comparable a la conversión de la glucosa, que se utiliza en el laboratorio como material de partida para el proceso de fermentación. Con el hongo, hemos desarrollado un proceso más sencillo y barato".
El producto busca mercado
El ácido isocítrico puede convertirse químicamente con facilidad en ácido itacónico, para el que ya existe una gran demanda en la producción de plásticos y revestimientos sostenibles. Si el ácido eritro-isocítrico está disponible en , no deberían faltar clientes. Sin embargo, existe el mismo obstáculo que para cualquier sustancia nueva: como el ácido eritrosoíscico no ha estado disponible en grandes cantidades hasta la fecha, primero debe establecerse el mercado para él. El proceso, mucho más barato, que se ha desarrollado ahora abre nuevas posibilidades y aplicaciones.
Otra característica especial es que en el proceso sólo se forma ácido eritroisocítrico y no una mezcla de diferentes diastereómeros. Esto hace que la molécula sea especialmente interesante para aplicaciones especiales, por ejemplo en la industria farmacéutica. En el caso de los medicamentos, a menudo sólo un diastereómero es eficaz, por lo que hay que aislarlo laboriosamente de la mezcla de ambas variantes. El ácido eritrosoíscitrico puede servir como un valioso bloque de construcción quiral para síntesis químicas.
Las propiedades biológicas específicas del ácido eritroisocítrico se han estudiado poco hasta la fecha. Sin embargo, se han demostrado muchas propiedades útiles para la molécula hermana, el ácido treo-isocítrico. Este último puede ser un valioso complemento del ácido cítrico, sobre todo en las industrias médica, farmacéutica, cosmética o alimentaria, por ejemplo como agente quelante, como anticoagulante en muestras de sangre, como complemento alimenticio funcional, como ingrediente en cosméticos, como conservante o como compuesto antienvejecimiento en productos de estilo de vida.
Los hallazgos subrayan que organismos como T. verruculosus pueden permitir la utilización sostenible de biorresiduos y hacer económicamente viable la producción de sustancias químicas valiosas a partir de biomasa renovable. "La naturaleza encierra un enorme potencial para afrontar los retos de la sostenibilidad mundial. El hongo T. verruculosus sienta las bases de una tecnología verde de bajo coste, y también hay muchos usos industriales para el ácido isocítrico. Lo único que falta por el momento es la apertura del mercado al nuevo proceso", subraya Ivan Schlembach.
El equipo de investigación trabaja ahora en optimizar aún más el proceso y dilucidar las reacciones bioquímicas que intervienen en la formación del ácido isocítrico. Al perfeccionar los parámetros bioquímicos, los investigadores de Jena esperan contribuir a la transición hacia una bioeconomía sostenible y eficiente en el uso de los recursos. En el futuro, quieren trabajar con socios industriales interesados para averiguar si el procedimiento, que ya ha sido patentado, también puede mantenerse en el mercado.
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.
Publicación original
Más noticias del departamento ciencias
Reciba la química en su bandeja de entrada
No se pierda nada a partir de ahora: Nuestro boletín electrónico de química, análisis, laboratorio y tecnología de procesos le pone al día todos los martes y jueves. Las últimas noticias del sector, los productos más destacados y las innovaciones, de forma compacta y fácil de entender en su bandeja de entrada. Investigado por nosotros para que usted no tenga que hacerlo.
