Uno speciale enzima dipendente dalla luce, scoperto per la prima volta circa tre anni fa, è il punto focale di una nuova scoperta scientifica che consente la produzione ad alto rendimento di biocarburanti drop-in dalla biomassa.

In uno studio ora pubblicato su Comunicazioni sulla natura , ingegneri dell'Università di Aarhus e del Massachusetts Institute of Technology hanno dimostrato, che l'ipotesi originale del processo enzimatico in questa conversione da biomassa a biocarburanti è in realtà sbagliata.

I risultati hanno permesso ai ricercatori di biosintetizzare con successo combustibili verdi a livelli vicini a livelli industrialmente rilevanti di 1,47 grammi per litro dal glucosio.

L'enzima luce-dipendente, che ha origine da microalghe, ha la particolare caratteristica di poter decarbossilare gli acidi grassi in alcani (convertendo così la biomassa cellulosica in biocarburanti drop-in) utilizzando la luce blu come unica fonte di energia.

I ricercatori inseriscono artificialmente l'enzima nelle cellule del lievito oleaginoso Yarrowia Lipolytica, ingegnerizzandone così il metabolismo. Il lievito sintetizza il glucosio, provenienti da biomasse, in lipidi (in particolare le molecole di acidi grassi liberi e acil-CoA grassi) che vengono poi convertiti in alcani dall'enzima in una reazione metabolica chiamata fotodecarbossilasi degli acidi grassi, in breve FAP.

Ma sin dalla scoperta dell'enzima, è stato ipotizzato, che gli acidi grassi liberi sono il reagente preferito dell'enzima nel processo FAP; che un'abbondanza di acidi grassi liberi comporterebbe una produzione di biocarburante a rendimento più elevato.

Questa ipotesi è sbagliata, però.

"Nel nostro studio, abbiamo dimostrato che l'acil-CoA grasso, e non l'acido grasso libero, è il reagente preferito per l'enzima luce-dipendente. Questa scoperta è stata utilizzata con successo nel nostro studio per metabolizzare l'89% di acil-CoA grasso in alcani, raggiungendo titoli di 1,47 g/l dal glucosio, "dice Bekir Engin Eser, un assistente professore all'Università di Aarhus.

La produzione prevalente di combustibili drop-in a base oleochimica oggi è realizzata dalla conversione di oleochimici "convenzionali" come oli vegetali, oli da cucina usati, sego, e altri lipidi in idrocarburi (principalmente alcani) utilizzando metodi di trattamento chimico ad alta intensità energetica.

Però, l'approvvigionamento di grandi quantità di materie prime lipidiche più o meno sostenibili a un costo sufficientemente basso da determinare una produzione redditizia di biocarburanti rimane una sfida che limita fortemente l'espansione di questa piattaforma di produzione. E inoltre, questa produzione è in concorrenza con l'approvvigionamento alimentare.

La biosintesi costituisce una soluzione economica e sostenibile, dove la produzione si basa invece sulla conversione della biomassa cellulosica, la risorsa biologica naturale rinnovabile più abbondante disponibile sulla Terra.

La sintesi biologica di alcani da acidi grassi non è nativa, via metabolica preferibile per il lievito tuttavia, poiché gli alcani sono tossici per le sue cellule. Perciò, i ricercatori usano enzimi speciali per questo scopo e codificano i geni corrispondenti nelle cellule del lievito.

La nuova scoperta è una possibile svolta nella biosintesi dei combustibili drop-in, poiché i ricercatori, per la prima volta utilizzando questo processo, hanno utilizzato le nuove conoscenze per sintetizzare combustibili verdi a un livello rilevante per la futura produzione industriale:

"Precedenti studi di ingegneria metabolica miravano a massimizzare la concentrazione di acidi grassi liberi nelle cellule che vengono ingegnerizzate. Ma ora, con questa scoperta, sappiamo che è l'acil-CoA grasso che deve essere massimizzato. Questa è una notizia importante per le applicazioni di biologia sintetica, e ora possiamo iniziare a massimizzare il flusso dell'acil-coA grasso in questa via metabolica ingegnerizzata per raggiungere titoli ancora più alti in futuro, ", afferma il Professore Associato Zheng Guo dell'Università di Aarhus.