Il ricercatore post-dottorato dell'Università del Wisconsin-Madison Alex Linz esamina una lastra striata di N. aromaticivorans (in giallo), un batterio del suolo che potrebbe trasformare una fonte rinnovabile, la lignina dalle cellule vegetali, in un sostituto della plastica a base di petrolio. Credito:Chelsea Mamott, GLBRC
Con alcune modifiche genetiche, un tipo di batteri del suolo con un appetito per gli idrocarburi si mostra promettente come fabbrica biologica per convertire una taglia rinnovabile, ma frustrantemente non sfruttata, in un sostituto della plastica onnipresente.
Ricercatori, come quelli dell'Università del Wisconsin-Madison, Centro di ricerca sulla bioenergia dei Grandi Laghi finanziato dal Dipartimento dell'energia, La speranza di trasformare le piante legnose in un sostituto del petrolio nella produzione di combustibili e altre sostanze chimiche è stata la ricerca degli zuccheri nella cellulosa fibrosa che costituisce gran parte delle pareti cellulari delle piante.
Gran parte del lavoro per procurarsi quegli zuccheri consiste nell'eliminare la lignina, un polimero che riempie gli spazi tra la cellulosa e altri componenti chimici in quelle pareti cellulari.
Che lascia molta cellulosa utile, ma anche molta lignina, che non ha mai avuto molto valore. Le cartiere strappano la lignina dal legno per fare la carta da più di un secolo, e trovando così poco valore nella lignina che viene semplicemente bruciata nelle caldaie dei mulini.
"Dicono che dalla lignina si possa ricavare qualsiasi cosa tranne i soldi, "dice Miguel Perez, uno studente laureato UW-Madison in ingegneria civile e ambientale.
Ma potrebbero non conoscere Novosphingobium aromaticivorans come lui.
Perez, Il professore di ingegneria civile e ambientale Daniel Noguera e i colleghi del GLBRC e del Wisconsin Energy Institute hanno pubblicato sulla rivista chimica verde una strategia per impiegare N. aromaticivorans per trasformare la lignina in un bene più prezioso.
"La lignina è la fonte più abbondante, oltre al petrolio, di composti aromatici sul pianeta, "Noguera dice, come quelli usati per fabbricare prodotti chimici e materie plastiche dal petrolio. Ma la grande e complessa molecola di lignina è notoriamente difficile da spezzare in modo efficiente in pezzi costituenti utili.
Entra il batterio, che è stato isolato per la prima volta mentre prosperava in un terreno ricco di composti aromatici dopo la contaminazione da prodotti petroliferi.
Batteri microscopici N. aromaticivorans, prima isolato dal suolo contaminato da prodotti petroliferi, aveva già un appetito utile quando ha incontrato gli scienziati GLBRC. Le loro modifiche genetiche al microbo potrebbero far ripartire un'industria della plastica rinnovabile. Attestazione:GLBRC
Dove altri microbi scelgono e scelgono, N. aromaticivorans è un imbuto biologico per gli aromatici in lignina. È unico in quanto può digerire quasi tutti i diversi pezzi di lignina in idrocarburi aromatici più piccoli.
"Altri microbi provati in precedenza potrebbero essere in grado di digerire alcuni tipi di aromatici presenti nella lignina, " Dice Perez. "Quando abbiamo incontrato questo microbo, era già bravo a degradare un'ampia gamma di composti. Ciò rende questo microbo molto promettente".
Nel corso del suo processo di digestione, il microbo trasforma quei composti aromatici in 2-pyrone-4, Acido 6-dicarbossilico, più facilmente noto come PDC. Rimuovendo tre geni dal loro microbo, i ricercatori hanno trasformato il PDC intermedio nella fine della linea. Questi batteri ingegnerizzati sono diventati un imbuto in cui vanno i diversi pezzi di lignina, e da cui scorre PDC.
I bioingegneri in Giappone hanno utilizzato il PDC per realizzare una varietà di materiali che sarebbero utili per i prodotti di consumo.
"Hanno scoperto che il composto ha prestazioni uguali o migliori del più comune additivo a base di petrolio per polimeri PET, come bottiglie di plastica e fibre sintetiche, che sono i polimeri più comuni prodotti nel mondo, "dice Perez.
Sarebbe un'interessante alternativa alla plastica, che si decompone naturalmente nell'ambiente, e non liscivierebbe nell'acqua composti che imitano gli ormoni, se solo la PDC fosse più facile da trovare.
"Non esiste un processo industriale per farlo, perché il PDC è così difficile da realizzare con le rotte esistenti, " dice Noguera. "Ma se produciamo biocarburanti dalla cellulosa e produciamo lignina, qualcosa che usavamo semplicemente bruciare, e possiamo trasformare in modo efficiente la lignina in PDC, che potenzialmente cambia il mercato per l'uso industriale di questo composto."
Per adesso, la variazione ingegnerizzata su N. aromaticivorans può trasformare almeno il 59% dei composti potenzialmente utili della lignina in PDC. Ma il nuovo studio suggerisce un potenziale maggiore, e Perez ha obiettivi per un'ulteriore manipolazione del microbo.
"Se riusciamo a fare in modo che questo gasdotto produca a un ritmo sufficiente, con una resa sufficiente, potremmo creare una nuova industria, "dice Noguera.
