Cerrar las brechas para encontrar nuevas fuentes de energía

Hay una miríada de razones por las que está aumentando la necesidad de combustibles y productos químicos de bajo costo a partir de recursos sostenibles. La población mundial está aumentando, los niveles de vida están en una trayectoria ascendente, el mercado sigue siendo altamente competitivo y la escasez de recursos se está volviendo cada vez más problemática, por nombrar algunos.

Una posible solución proviene del uso de la biotecnología industrial para las fábricas de células microbianas, que ofrece ventajas en términos de fabricación distribuida y la oportunidad de reducir o incluso capturar las emisiones de gases de efecto invernadero. Sin embargo, el diseño, la construcción y la optimización de las vías biosintéticas en las células sigue siendo complejo, arriesgado y requiere mucho tiempo.

“Estos factores se exacerban en organismos no modelo relevantes para la industria para los cuales las herramientas genéticas no son tan complejas, a menudo faltan flujos de trabajo de alta productividad y existen idiosincrasias de conversión”, según la Universidad Northwestern. michael jewett Él dijo. «Además, la mayoría de los esfuerzos de ingeniería metabólica se han centrado principalmente en vías heterogéneas lineales que limitan el desarrollo conjunto de muchos productos bioquímicos».

El nuevo trabajo de un equipo multiinstitucional de investigadores, incluido Jewett, podría llenar algunos de estos vacíos.

Cortesía de la Universidad Northwestern

Michael Jewett es profesor y director del Centro de Biología Sintética de la Universidad Northwestern. Su laboratorio estudia cómo se diseñan sistemas biológicos complejos.

Jewett y sus colaboradores de LanzaTech y la Universidad del Sur de Florida han optimizado e implementado una ruta de betaoxidación cíclica inversa (r-BOX) para la producción específica de butanol, ácido butanoico, hexanol y ácido hexanoico en tres plataformas biotecnológicas. Las tres plataformas incluyen un sistema libre de células, un organismo modelo heterótrofo (E. coli) y un organismo autótrofo (C. autoethanogenum) capaz de fijar carbono y usar gas de síntesis, una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno, como único carbono. y fuente de energía.

Jewett y colegas mencioné su trabajo En Nature Communications. Jewett es el Profesor Walter B. Murphy de Ingeniería Química y Biológica y Director Centro de Biología Sintética. Otros autores son el vicepresidente de biología sintética de LanzaTech, Michael Kopke, y el profesor de la Universidad del Sur de Florida, Ramón González.

Construir búsqueda anterior Publicado en biotecnología de la naturalezaEn el que los investigadores seleccionaron, diseñaron y optimizaron una cepa de bacterias y luego demostraron con éxito su capacidad para producir acetona e isopropanol con carbono negativo, esta investigación simplifica el proceso y amplía el espectro de moléculas que se pueden producir. La característica principal de su trabajo fue la creación de un flujo de trabajo de manejo de fluidos automatizado basado en la biosíntesis libre de células, que luego se diseñó para r-BOX. Esto permitió al equipo escanear rápidamente 762 combinaciones de vías únicas para identificar las combinaciones óptimas de enzimas para mejorar la selectividad del producto en semanas en lugar de meses.

«Nuestro trabajo constituye un nuevo modelo para la generación y optimización de vías bioquímicas para la ingeniería metabólica y la biología sintética», dijo Jewett. «Esto facilitará los ciclos de diseño, construcción y prueba de las rutas biosintéticas al reducir la cantidad de cepas que deben diseñarse y el tiempo requerido para lograr los objetivos de proceso deseados».

González agregó: «La naturaleza iterativa y modular de r-BOX permite la creación de productos de diferentes longitudes y funciones con altos niveles de carbono y eficiencia energética. Esto nos ha permitido desarrollar conjuntamente procesos personalizados para cuatro productos diferentes, no solo uno». .r también se puede expandir -BOX para incluir una gama de otros productos de interés basados ​​en los flujos de trabajo desarrollados», que los autores analizan en un artículo separado publicado en yrevista de microbiologia industrial y biotecnologia.

Los próximos pasos, dijo Koepke, son aumentar la producción y ampliar la gama de productos químicos sostenibles producidos por Biology.

“LanzaTech ya opera dos instalaciones comerciales que convierten las emisiones industriales en etanol, mitigando cientos de miles de toneladas de emisiones de gases de efecto invernadero”, dijo Kopke. “La implementación de r-BOX aumentará la flexibilidad de los procesos biológicos para adaptarse a nuevos mercados, ampliará la gama de productos derivados de fósiles que pueden sustituirse por alternativas bioderivadas y mejorará los beneficios económicos de los combustibles coproducidos”.

Este artículo se vuelve a publicar con permiso de la Escuela de Ingeniería McCormick de la Universidad Northwestern. Lea el texto original.