Utilizando una inusual enzima dependiente de la luz y un mecanismo enzimático recientemente descubierto, investigadores de la Universidad de Aarhus y el MIT han permitido la síntesis biológica de la producción de combustibles de sustitución a partir de desechos biológicos, abriendo un nuevo camino para la producción de biocombustible de alto nivel.

Los resultados de la investigación, publicados recientemente en Nature Communications, muestran como se ha podido biosentizar con éxito los combustibles verdes a niveles cercanos a la cantidad de 1,7 gramos por litro de glucosa, una cantidad que es relevante para una futura producción industrial. 

 “En nuestro estudio, hemos descubierto que elacil-CoA graso, y no el ácido graso libre, es el reactivo preferido para la enzima dependiente de la luz. Este hallazgo se ha utilizado con éxito en nuestro estudio para metabolizar el 89% de la acil-CoA grasa en alcanos, alcanzando títulos de 1,47 g/l de glucosa”, explica Bekir Engin Eser, profesor asistente de la Universidad de Aarhus.

Una enzima especial dependiente de la luz, que se descubrió por primera vez hace unos tres años, es el centro de este nuevo descubrimiento científico. Esta enzima tiene la característica  particular de que puede descarboxilar ácidos grasos en alcanos (hidrocarburos), convirtiendo así la biomasa celulósica en biocombustibles, utilizando la luz azul como fuente de energía. 

Los investigadores han insertado de forma artificial la enzima en las células de la levadura oleaginosa Yarrowia Lipolytica, diseñando así su metabolismo. La levadura sintetiza la glucosa, originada en biomasa, en lípidos (específicamente las moléculas de ácidos grasos libres y acil-CoAs grasos) que luego es convertido en alcanos por la enzima en una reacción metabólica llamada fotodecarboxilasa de ácidos grasos (FAP). 

Producción de biocombustibles 

El aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero es la principal causa del cambio climático, y los esfuerzos para minimizar el uso de combustibles fósiles se han centrado principalmente en el despliegue de fuentes de energía alternativas como el bioetanol y las energía eléctrica. La mayoría de la producción actual de combustibles de origen oleoquímicos se realiza mediante la conversión de oleoquímicos «convencionales» como aceites vegetales, aceites de cocina usados, sebo y otros lípidos en hidrocarburos (principalmente alcanos) utilizando métodos de tratamiento químico intensos en energía. Sin embargo, abastecerse de grandes cantidades de materias primas lipídicas más o menos sostenibles a un coste lo suficientemente bajo como para resultar en una producción rentable de biocombustibles sigue siendo un desafío que limita severamente la expansión de esta plataforma de producción. Y además, esta producción compite con el suministro de alimentos.

La biosíntesis constituye una solución barata y sostenible, donde la producción se basa en la conversión de la biomasa celulósica, el recurso biológico natural renovable más abundante disponible en la Tierra. Sin embargo, la síntesis biológica de alcanos a partir de ácidos grasos no es una vía metabólica nativa y preferible para la levadura, ya que los alcanos son tóxicos para sus células. Por lo tanto, los investigadores utilizan enzimas de capacidad especial para este propósito y codifican los genes correspondientes en las células de la levadura.

El nuevo descubrimiento es un posible avance en la biosíntesis de los combustibles sustitución, ya que los investigadores, que por primera vez en la historia utilizan este proceso, han utilizado el nuevo conocimiento para sintetizar combustibles verdes a un nivel que es relevante para la producción industrial futura:

“Estudios anteriores de ingeniería metabólica tendrían como objetivo maximizar la concentración de ácidos grasos libres en las células que se están diseñando. Pero ahora, con este descubrimiento, sabemos que es el acil-CoA graso lo que necesita ser maximizado. Esta es una noticia importante para las aplicaciones de biología sintética, y ahora podemos comenzar a maximizar el flujo del acil-coA graso en esta vía metabólica diseñada para alcanzar títulos aún más altos en el futuro”,  concluye el profesor asociado Zheng Guo de la Universidad de Aarhus.

Créditos de imágenes: Jingbo Li, MIT