Un equipo de investigación dirigido por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) y UC Berkeley ha diseñado bacterias para producir productos de carbono nuevos para la naturaleza que podrían proporcionar una ruta poderosa hacia productos bioquímicos sostenibles en la industria.
El avance, que se anunció recientemente en la revista Nature, utiliza bacterias para combinar reacciones enzimáticas naturales con una reacción nueva para la naturaleza llamada «reacción de transferencia de carbeno«. Este trabajo también podría algún día ayudar a reducir las emisiones industriales porque ofrece alternativas sostenibles a los procesos de fabricación de productos químicos que normalmente dependen de los combustibles fósiles.
Este trabajo con bacterias permite realizar la química del carbeno sin solventes tóxicos o gases tóxicos que normalmente se usan en la síntesis química
«Lo que mostramos en este artículo es que podemos sintetizar todo en esta reacción, desde enzimas naturales hasta carbenos, dentro de la célula bacteriana. Todo lo que necesita agregar es azúcar y las células hacen el resto«, anuncia Jay Keasling, investigador principal. del estudio y CEO del Joint BioEnergy Institute (JBEI) del Departamento de Energía.
Los carbenos son sustancias químicas a base de carbono altamente reactivas que se pueden usar en muchos tipos diferentes de reacciones. Durante décadas, los científicos han querido utilizar reacciones de carbeno en la fabricación de combustibles y productos químicos, y en el descubrimiento y síntesis de fármacos. Pero estos procesos de carbeno solo podían llevarse a cabo en pequeños lotes a través de tubos de ensayo y requerían sustancias químicas costosas para impulsar la reacción.
Productos naturales
En el nuevo estudio, los investigadores reemplazaron costosos reactivos químicos con productos naturales que pueden ser producidos por una cepa modificada de la bacteria Streptomyces.
Debido a que las bacterias usan azúcar para producir productos químicos a través del metabolismo celular, «este trabajo nos permite realizar la química del carbeno sin solventes tóxicos o gases tóxicos que normalmente se usan en la síntesis química«, afirma el primer autor Jing Huang, investigador postdoctoral del Berkeley Lab en el Laboratorio Keasling. «Este proceso biológico es mucho más respetuoso con el medio ambiente que la forma en que se sintetizan los productos químicos en la actualidad«, según Huang.
Durante los experimentos en JBEI, los investigadores observaron la bacteria modificada a medida que metabolizaba y convertía los azúcares en el precursor de carbeno y el sustrato alqueno. La bacteria también expresó una enzima P450 evolucionada que usó esos químicos para producir ciclopropanos, moléculas de alta energía que podrían usarse potencialmente en la producción sostenible de nuevos compuestos bioactivos y biocombustibles avanzados.
Se puede escalar esta reacción de forma industrial
«Ahora podemos realizar estas interesantes reacciones dentro de la célula bacteriana. Las células producen todos los reactivos y cofactores, lo que significa que se puede escalar esta reacción a grandes números» para la fabricación en masa, comenta Keasling.
El reclutamiento de bacterias para sintetizar productos químicos también podría desempeñar un papel integral en la reducción de las emisiones de carbono, asegura Huang. Según otros investigadores de Berkeley Lab, cerca del 50% de las emisiones de gases de efecto invernadero provienen de la producción de productos químicos, hierro y acero y cemento. Limitar el calentamiento global a 1,5ºC por encima de los niveles preindustriales requerirá reducir drásticamente las emisiones de gases de efecto invernadero a la mitad para 2030, según un informe reciente del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático.
Huang indica que, si bien este sistema completamente integrado se puede visualizar para una gran cantidad de moléculas donantes de carbeno y sustratos de alquenos, aún no está listo para la comercialización.
«Por cada nuevo avance, alguien debe dar el primer paso. Y en ciencia, pueden pasar años antes de que tengas éxito. Pero debes seguir intentándolo, no podemos darnos el lujo de rendirnos. Espero que nuestro trabajo inspire a otros a seguir buscando soluciones de biofabricación más ecológicas y sostenibles«, concluye Huang.
Fuente: Nature.
