Microbi per la produzione di Biodiesel

I biocarburanti possono essere prodotti a opera di microbi. Ad aumentare la produzione di biodiesel ci pensa un nuovo protocollo della biologia sintetica. Il protocollo è stato messo a punto dai ricercatori dell’US Department of Energy e il Joint BioEnergy Institute (JBEI). Il sistema si vanta di poter regolare, in modo dinamico, la via metabolica che i microbi utilizzano per la produzione di biocarburanti.

Il biodiesel può essere ottenuto a opera di microbi che, attraverso il loro metabolismo, producono acidi grassi a base di combustibili. I microbi producono biodiesel a partire da semplice glucosio. Con la nuova tecnica di biologia sintetica, la velocità di produzione del biocarburante può essere incrementata di tre volte. Il nuovo protocollo si chiama DSRS “dynamic sensor-regulator system” ed è un sistema di regolazione dinamico del metabolismo microbico.

Il DSRS è uno strumento straordinariamente nuovo perché è la prima tecnica sintetica capace di regolare in modo dinamico una via metabolica per migliorarne le performace che nel nostro caso coincidono con una produzione maggiore di acidi grassi. La ricerca è stata seguida da Jay Keasling, CEO della JBEI, personaggio di spicco del mondo della biologia sintetica, famoso per le sue ricerche e per la sua carica di Direttore del Berkeley Lab. Le competenze scientifiche del Barkeley Lab è stata riconosciuta con 13 premi Nobel.

Con tale tenica, il biodiesel può essere considerato un biocarburante rinnovabile realmente efficace. Studi scientifici hanno dimostrato che i combustibili liquidi derivati dalla biomassa vegetale, sono una delle migliori alternative a basso costo, per la produzione commerciale di biocarburanti. Le principali attività di ricerca per lo sviluppo del biocarburante ideale derivato da biomassa vegetale, si concentrano sullo studio degli acidi grassi.

La necessità di nuovi carburanti oggi è viva più che mai e gli acidi grassi potrebbero essere la materia prima per la produzione di biodiesel ma anche per una vasta gamma di prodotti chimici quali tensiottivi, solventi e lubrificanti. La produzione di biocarburanti per via microbica potrebbe essere un’alternativa più ecologica ai combustibili fossili convenzionali; tuttavia, una buona resa e l’applicazione su larga scala sono caratteristiche essenziali quando si parla di produzioni industriali.

Fino a oggi la produzione di biodiesel non riusciva a superare degli ostacoli; utilizzando gli strumenti della biologia sintetica la gran parte di barriere sono state abbattute. La DSRS regola quei geni che controllano la produzione e il consumo dei prodotti chimici intermedi della reazione che vede la formazione di biocarburanti come prodotto finale.

Per la produzione di biodiesel fin ora si utilizzavano microbi ingegnerizzati, cioè modificati geneticamente. Le modifiche apportate dall’ingegneria genetica erano pensate più per garantire la sopravvivenza dell’ospite, piuttosto che per aumentare l’efficienza di produzione. Il metodo DSRS supera questo limite: i primi test sono stati fatti su un ceppo di Escherichia coli, batteri ingegnerizzati dal team di ricercatori del JBEI per la produzione di gasolio, direttamente dal glucosio.

E. coli è tra i batteri più studiati, ha una grande capacità di sintetizzare gli acidi grassi e la sua ingegnerizzazione, fanno di E. coli il candidato ideale per i test sui biocarburanti. Nella nuova tecnica microbica, i ricercatori hanno sviluppato dei biosensori che agiscono su un prodotto intermedio della reazione che vede la trasformazione di zucchero in biodiesel. L’intemedio chiave è l’acil-CoA.

In altre parole, i ricercatori hanno sviluppato un pool di promotori del DNA che aumentano l’espressione di geni specifici in risposta ai livelli cellulari dell’acil-CoA. Questi promotori sintetici, si attivano solo in particolari circostanze quindi il sistema può essere facilmente impiegato per la regolazione della produzione di biodiesel. Introducendo il protocollo DSRS nel ceppo di E. Coli per la produzione di biodiesel, la resa è triplicata, raggiungendo il 28% del massimo teorico. Con ulteriori perfezionamenti della tecnica, i rendimenti dovrebbero aumentare ulteriormente. La DSRS dovrebbe essere applicabile alla produzione microbica di altri prodotti chimici e non solo a base di acidi grassi.

Dato il gran numero di sensori naturali disponibili, la strategia DSRS può essere estesa a molte altre vie biosintetiche per bilanciare il metabolismo, aumentare la resa del prodotto e stabilizzare la vita delle cellule ospite (batteri). Secondo il professore Zhang, co-autore dello studio, un giorno dovrebbe essere possibile regolare dinamicamente qualsiasi via metabolica, indipendentemente dalla presenza di un sensore naturale. Solo così la produzione di biocarburanti può diventare realmente competitiva in ambito commerciale.

a cura di Anna De Simone

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per info aggiuntive
www.jbei.org

Pubblicato da Anna De Simone il 30 marzo 2012