I carburanti per l’aviazione sostenibili ottenuti da fonti rinnovabili di carbonio potrebbero ridurre le emissioni di anidride carbonica e contribuire a mitigare il cambiamento climatico. L'isoprenolo è una sostanza chimica coinvolta nella produzione di una miscela di biocarburanti per jet chiamata 1,4-dimetilcicloottano (DMCO). Le miscele sono sostanze chimiche che vengono combinate con altre sostanze chimiche per creare carburante. I ricercatori hanno prodotto isoprenolo in diversi ospiti microbici.
Tuttavia, gli sforzi per produrre carburante per l’aviazione sostenibile trarrebbero vantaggio se l’isoprenolo potesse essere prodotto da microrganismi che utilizzano zuccheri fermentabili da materiale vegetale come fonte di carbonio. Il batterio Pseudomonas putida (P. putida) potrebbe essere un microrganismo di questo tipo, ma necessita di ingegneria per essere una scelta ottimale. In questa ricerca, gli scienziati hanno utilizzato strumenti informatici avanzati per progettare P. putida per la produzione di isoprenolo.
L'articolo è pubblicato sulla rivista Metabolic Engineering .
I ricercatori hanno utilizzato la modellazione computazionale per prevedere gli obiettivi per l'editing genetico e per ottimizzare il metabolismo in P. putida per massimizzare la produzione di isoprenolo. Questo approccio ha permesso ai ricercatori di selezionare e dare priorità agli obiettivi di editing genetico e quindi di testare un numero minore di ceppi ingegnerizzati.
Hanno raggiunto la più alta produzione di isoprenolo segnalata per P. putida. Questo è un passo importante verso un processo di bioproduzione sostenibile per il carburante per aerei.
I ricercatori hanno utilizzato una combinazione di modellazione computazionale e ingegneria dei ceppi per ottimizzare la produzione di isoprenolo in P. putida. Hanno utilizzato approcci multipli basati su modelli metabolici su scala genomica per prevedere e dare priorità agli obiettivi di eliminazione genetica che avrebbero portato a maggiori rese di isoprenolo. Ciò ha permesso loro di ridurre il numero di obiettivi perseguiti.
Inoltre, hanno applicato modifiche genetiche note per migliorare ulteriormente la produzione di isoprenolo e hanno utilizzato la proteomica per ottimizzare il processo.
La ricerca ha raggiunto un titolo di produzione di isoprenolo di 3,5 grammi per litro, il più alto riportato per P. putida. I ricercatori hanno concluso che l'ottimizzazione del loro percorso ha quindi comportato un miglioramento di 10 volte dell'isoprenolo in P. putida.
I ricercatori suggeriscono che è necessario apportare ulteriori miglioramenti per migliorare i rendimenti di isoprenolo per le applicazioni industriali. La produzione su scala commerciale di isoprenolo e DMCO richiede ancora ulteriori miglioramenti come l'inclusione dell'editing genetico CRISPR e di altre tecnologie di bioprocesso.
Ulteriori informazioni: Deepanwita Banerjee et al, Ingegneria su scala genomica e percorso per la produzione sostenibile di isoprenolo, precursore del carburante per l'aviazione, in Pseudomonas putida, Ingegneria metabolica (2024). DOI:10.1016/j.ymben.2024.02.004
Fornito dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti
