Las bacterias son conocidas por descomponer la lactosa para hacer yogur o el azúcar para hacer cerveza, a través de la fermentación. Ahora, los investigadores dirigidos por la Universidad Northwestern y LanzaTech han aprovechado las bacterias para descomponer el dióxido de carbono (CO2) de desecho y fabricar productos químicos industriales valiosos.
En un nuevo estudio piloto, los investigadores seleccionaron, diseñaron y optimizaron una cepa bacteriana y luego demostraron con éxito su capacidad para convertir el CO2 en acetona e isopropanol (IPA).
«Al aprovechar nuestra capacidad de asociarnos con la biología para fabricar lo que se necesita, dónde y cuándo se necesita, de manera sostenible y renovable, podemos comenzar a aprovechar el CO2 disponible para transformar la bioeconomía«
Este nuevo proceso de fermentación de gas no sólo elimina los gases de efecto invernadero de la atmósfera, sino que también evita el uso de combustibles fósiles, que normalmente se necesitan para generar acetona e IPA. Después de realizar un análisis del ciclo de vida, el equipo descubrió que la plataforma de carbono negativo podría reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en un 160% en comparación con los procesos convencionales, si se adopta ampliamente. El estudio se publica hoy en la revista Nature Biotechnology.
«La aceleración de la crisis climática, combinada con el rápido crecimiento de la población, plantea algunos de los desafíos más urgentes para la humanidad, todos relacionados con la liberación y acumulación incesantes de CO2 en toda la biosfera«, comenta Michael Jewett de Northwestern, coautor principal del estudio. «Al aprovechar nuestra capacidad de asociarnos con la biología para fabricar lo que se necesita, dónde y cuándo se necesita, de manera sostenible y renovable, podemos comenzar a aprovechar el CO2 disponible para transformar la bioeconomía«.
Jewett es profesor Walter P. Murphy de Ingeniería Química y Biológica en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern y director del Centro de Biología Sintética. Codirigió el estudio con Michael Koepke y Ching Leang, ambos investigadores de LanzaTech.
Estos productos químicos se generan ahora a partir de recursos fósiles, lo que contribuye al calentamiento global
Los productos químicos industriales a granel y de plataforma necesarios, la acetona y el IPA se encuentran en casi todas partes, con un mercado global combinado que supera los 10.000 millones de dólares. Ampliamente utilizado como desinfectante y antiséptico, IPA es la base de una de las dos fórmulas desinfectantes recomendadas por la Organización Mundial de la Salud, que son altamente efectivas para matar el virus SARS-CoV-2. Y la acetona es un solvente para muchos plásticos y fibras sintéticas, resina de poliéster diluyente, herramientas de limpieza y quitaesmalte de uñas.
Si bien estos productos químicos son increíblemente útiles, se generan a partir de recursos fósiles, lo que genera emisiones de CO2 que contribuyen al calentamiento del clima.
Para fabricar estos productos químicos de manera más sostenible, los investigadores desarrollaron un nuevo proceso de fermentación de gas. Comenzaron con Clostridium autoethanogenum, una bacteria anaerobia diseñada en LanzaTech. Luego, los investigadores utilizaron herramientas de biología sintética con el fin de reprogramar la bacteria para fermentar CO2 y producir acetona e IPA.
Un paso para amortiguar una catástrofe global
«Estas innovaciones, lideradas por estrategias libres de células que guiaron tanto la ingeniería de cepas como la optimización de las enzimas de la ruta, aceleraron el tiempo de producción en más de un año«, comenta Jewett.
Los equipos de Northwestern y LanzaTech creen que las cepas desarrolladas y el proceso de fermentación se traducirán a escala industrial. El enfoque también podría aplicarse potencialmente para crear procesos simplificados para generar otros productos químicos valiosos.
«Este descubrimiento es un gran paso adelante para evitar una catástrofe climática«, según Jennifer Holmgren, directora ejecutiva de LanzaTech. «Hoy en día, la mayoría de nuestros productos químicos básicos se derivan exclusivamente de nuevos recursos fósiles como el petróleo, el gas natural o el carbón. La acetona y el IPA son dos ejemplos con un mercado global combinado de 10.000 millones de dólares. Las vías de acetona e IPA desarrolladas acelerarán el desarrollo de otros nuevos productos cerrando el ciclo del carbono para su uso en múltiples industrias”.
El estudio se titula «Producción ampliada de acetona e isopropanol con emisiones de carbono negativas mediante fermentación de gas«.
Fuente: Nature Biotechnology.
