Un gruppo di ricerca guidato dal Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) e dalla UC Berkeley ha ingegnerizzato batteri per produrre prodotti di carbonio nuovi per la natura che potrebbero fornire un potente percorso verso sostanze biochimiche sostenibili.
L’anticipo – che è stato recentemente annunciato sulla rivista Natura — utilizza i batteri per combinare le reazioni enzimatiche naturali con una reazione nuova alla natura chiamata “reazione di trasferimento del carbene”. Questo lavoro potrebbe anche un giorno aiutare a ridurre le emissioni industriali perché offre alternative sostenibili ai processi di produzione chimica che in genere si basano sui combustibili fossili.
“Quello che abbiamo mostrato in questo documento è che possiamo sintetizzare tutto in questa reazione – dagli enzimi naturali ai carbeni – all’interno della cellula batterica. Tutto quello che devi aggiungere è lo zucchero e le cellule fanno il resto”, ha detto Jay Keasling, un ricercatore principale dello studio e CEO del Joint BioEnergy Institute (JBEI) del Dipartimento dell’Energia.
I carbeni sono sostanze chimiche a base di carbonio altamente reattive che possono essere utilizzate in molti tipi diversi di reazioni. Per decenni, gli scienziati hanno voluto utilizzare le reazioni del carbene nella produzione di combustibili e sostanze chimiche e nella scoperta e sintesi di farmaci.
Ma questi processi di carbene potevano essere eseguiti solo in piccoli lotti tramite provette e richiedevano costose sostanze chimiche per guidare la reazione.
Nel nuovo studio, i ricercatori hanno sostituito costosi reagenti chimici con prodotti naturali che possono essere prodotti da un ceppo ingegnerizzato di batteri Streptomyces. Poiché i batteri usano lo zucchero per produrre prodotti chimici attraverso il metabolismo cellulare, “questo lavoro ci consente di eseguire la chimica del carbene senza solventi tossici o gas tossici tipicamente usati nella sintesi chimica”, ha detto il primo autore Jing Huang, un ricercatore post-dottorato del Berkeley Lab nel Keasling Laboratorio. “Questo processo biologico è molto più rispettoso dell’ambiente rispetto al modo in cui le sostanze chimiche vengono sintetizzate oggi”, ha affermato Huang.
Durante gli esperimenti al JBEI, i ricercatori hanno osservato il batterio ingegnerizzato mentre metabolizzava e convertiva gli zuccheri nel precursore del carbene e nel substrato dell’alchene. Il batterio ha anche espresso un enzima P450 evoluto che ha utilizzato quelle sostanze chimiche per produrre ciclopropano, molecole ad alta energia che potrebbero essere potenzialmente utilizzate nella produzione sostenibile di nuovi composti bioattivi e biocarburanti avanzati. “Ora possiamo eseguire queste interessanti reazioni all’interno della cellula batterica. Le cellule producono tutti i reagenti e i cofattori, il che significa che è possibile scalare questa reazione su scale molto grandi” per la produzione di massa, ha affermato Keasling.
Anche il reclutamento di batteri per sintetizzare sostanze chimiche potrebbe svolgere un ruolo fondamentale nella riduzione delle emissioni di carbonio, ha affermato Huang. Secondo altri ricercatori del Berkeley Lab, quasi il 50% delle emissioni di gas serra proviene dalla produzione di prodotti chimici, ferro e acciaio e cemento. Limitare il riscaldamento globale a 1,5 gradi Celsius rispetto ai livelli preindustriali richiederà di dimezzare drasticamente le emissioni di gas serra entro il 2030, afferma un recente rapporto dell’Intergovernmental Panel on Climate Change.
Huang ha affermato che mentre questo sistema completamente integrato può essere previsto per un gran numero di molecole donatrici di carbene e substrati di alcheni, non è ancora pronto per la commercializzazione.
“Per ogni nuovo progresso, qualcuno deve fare il primo passo. E nella scienza, possono volerci anni prima che tu abbia successo. Ma devi continuare a provare: non possiamo permetterci di arrenderci. Spero che il nostro lavoro possa ispirare altri continuare a cercare soluzioni di bioproduzione più ecologiche e sostenibili”, ha affermato Huang.
Questo lavoro è stato sostenuto dal DOE Office of Science e dal DOE Office of Biological and Environmental Research. Ulteriore supporto è stato fornito dalla National Science Foundation.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
