Gli scienziati hanno scoperto un modo più economico, modo più efficiente per condurre una reazione chimica al centro di molti processi biologici, che può portare a modi migliori per creare biocarburanti dalle piante.

Gli scienziati di tutto il mondo hanno cercato per anni di creare biocarburanti e altri bioprodotti in modo più economico; questo studio, pubblicato oggi sulla rivista Rapporti scientifici , suggerisce che è possibile farlo.

"Il processo di conversione dello zucchero in alcol deve essere molto efficiente se si vuole che il prodotto finale sia competitivo con i combustibili fossili, " disse Venkat Gopalan, un autore senior della carta e professore di chimica e biochimica presso l'Ohio State University. "Il processo per farlo è ben consolidato, ma il costo lo rende poco competitivo, anche con importanti sussidi statali. È probabile che questo nuovo sviluppo contribuisca a ridurre i costi".

Al centro della loro scoperta:un metodo meno costoso e più semplice per creare le "molecole ausiliarie" che consentono di trasformare il carbonio nelle cellule in energia. Quelle molecole helper (che i chimici chiamano cofattori) sono la nicotinammide adenina dinucleotide (NADH) e il suo derivato (NADPH). Questi cofattori nelle loro forme ridotte sono noti da tempo per essere una parte fondamentale della trasformazione dello zucchero dalle piante in butanolo o etanolo per i combustibili. Entrambi i cofattori svolgono anche un ruolo importante nel rallentare il metabolismo delle cellule tumorali e sono stati un obiettivo del trattamento per alcuni tipi di cancro.

Ma NADH e NADPH sono costosi.

"Se riesci a dimezzare i costi di produzione, che renderebbe i biocarburanti un additivo molto interessante per produrre combustibili flessibili con benzina, " disse Vish Subramaniam, un autore senior della carta e professore di ingegneria recentemente in pensione presso l'Ohio State. "Il butanolo spesso non viene usato come additivo perché non è economico. Ma se potessi farlo a buon mercato, improvvisamente il calcolo cambierebbe. Potresti dimezzare il costo del butanolo, perché il costo è legato all'uso di questo cofattore."

Per creare questi cofattori ridotti in laboratorio, i ricercatori hanno costruito un elettrodo stratificando nichel e rame, due elementi economici. Quell'elettrodo ha permesso loro di ricreare NADH e NADPH dalle loro corrispondenti forme ossidate. Nel laboratorio, i ricercatori sono stati in grado di utilizzare NADPH come cofattore nella produzione di un alcol da un'altra molecola, un test che hanno fatto intenzionalmente per dimostrare che "l'elettrodo che hanno costruito potrebbe aiutare a convertire la biomassa, le cellule vegetali, in biocarburanti. Questo lavoro è stato eseguito da Jonathan Kadowaki e Travis Jones, due studenti laureati in ingegneria meccanica e aerospaziale nel laboratorio Subramaniam, e Anindita Sengupta, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio Gopalan.

Ma poiché NADH e NADPH sono al centro di così tanti processi di conversione dell'energia all'interno delle cellule, questa scoperta potrebbe aiutare altre applicazioni sintetiche.

Il precedente lavoro di Subramaniam ha mostrato che i campi elettromagnetici possono rallentare la diffusione di alcuni tumori al seno. Si è ritirato dallo stato dell'Ohio il 31 dicembre.

Questa constatazione è collegata, ha detto:Potrebbe essere possibile per gli scienziati controllare in modo più semplice e conveniente il flusso di elettroni in alcune cellule tumorali, potenzialmente rallentando la loro crescita e la capacità di metastatizzare.

Subramaniam ha anche trascorso gran parte della sua successiva carriera scientifica esplorando se gli scienziati potessero creare una pianta sintetica, qualcosa che utilizzerebbe l'energia del sole per convertire l'anidride carbonica in ossigeno. Su una scala abbastanza grande, pensava, una tale creazione potrebbe potenzialmente ridurre la quantità di anidride carbonica nell'atmosfera e aiutare ad affrontare il cambiamento climatico.

"Sono sempre stato interessato a quella domanda di, 'Possiamo fare una pianta sintetica? Possiamo fare qualcosa che possa risolvere questo problema del riscaldamento globale con l'anidride carbonica?'", ha detto Subramaniam. "Se non è pratico farlo con le piante perché continuiamo a distruggerle tramite la deforestazione, ci sono altri modi inorganici per farlo?"

Questa scoperta potrebbe essere un passo verso questo obiettivo:le piante usano il NADPH per trasformare l'anidride carbonica in zuccheri, che alla fine diventano ossigeno attraverso la fotosintesi. Rendere il NADPH più accessibile e più conveniente potrebbe rendere possibile la produzione di una reazione di fotosintesi artificiale.

Ma la sua applicazione più probabile e più immediata è per i biocarburanti.

Che i ricercatori si siano riuniti per questa indagine scientifica era raro:i biochimici e gli ingegneri non conducono spesso ricerche di laboratorio congiunte.

Gopalan e Subramaniam si sono incontrati in una sessione di brainstorming ospitata dal Center for Applied Plant Sciences (CAPS) dell'Ohio State, dove è stato detto loro di pensare a "idee del grande cielo" che potrebbero aiutare a risolvere alcuni dei più grandi problemi della società. Subramaniam raccontò a Gopalan del suo lavoro con elettrodi e cellule, "e la prossima cosa che sapevamo, stavamo discutendo di questo progetto, " Disse Gopalan. "Di certo non ci saremmo parlati se non fosse stato per il workshop CAPS".