Una sfida nella produzione di bioprodotti (prodotti chimici e materiali ottenuti da organismi viventi) è fornire grandi quantità di elementi costitutivi economici e sostenibili da cui possono essere realizzati questi prodotti. Il Joint Bioenergy Institute (JBEI) sta affrontando questa sfida sviluppando metodi sostenibili per produrre questi elementi costitutivi dei bioprodotti. Più recentemente, Gli scienziati JBEI della divisione Feedstocks hanno scoperto come produrre grandi quantità di un promettente elemento costitutivo, 2-pirone-4, acido 6-dicarbossilico (PDC), nelle piante.

Il PDC non è normalmente prodotto da piante come quella utilizzata in questo studio, Arabidopsis thaliana. Piuttosto, Il PDC è tipicamente sintetizzato in natura dai batteri del suolo che degradano un componente delle piante chiamato lignina (un duro, componente di impianto di difficile utilizzo). Il ricercatore capo di questo progetto, Dottor Aymerick Eudes, ha spiegato che il suo team ha "introdotto con successo una nuova capacità nelle piante di trasformare i precursori della lignina in PDC". Nello specifico, Il team del Dr. Eudes ha progettato piante di A. thaliana per produrre enzimi, che provengono da batteri del suolo (Corynebacterium glutamicum e Comamonas testosteroni), che può convertire la lignina in PDC.

L'accumulo di plastica non biodegradabile è diventato un enorme problema ambientale. Il Department of Energy (DOE) ha recentemente lanciato la Plastics Innovations Challenge per ridurre drasticamente i rifiuti di plastica entro il 2030. Il PDC è un bioprodotto attraente che può essere convertito in vari prodotti di consumo, comprese le plastiche biodegradabili, contribuire ad affrontare il problema dei rifiuti di plastica. Storicamente, non c'è stato un modo sostenibile per creare PDC, fino a quando i batteri non sono stati recentemente progettati per sintetizzarlo.

In questo studio, i ricercatori hanno progettato il primo percorso di produzione a base vegetale per PDC. Aprire la strada alla produzione di PDC negli impianti consentirà di produrre bioplastiche in modo più economico e sostenibile. Nello specifico, per la crescita, questi impianti ingegnerizzati utilizzano risorse gratuite e "verdi", anidride carbonica atmosferica ed energia solare, durante la sintesi PDC.

Gli attuali metodi di produzione della plastica utilizzano combustibili fossili come il petrolio e danno come risultato plastiche non biodegradabili che spesso non vengono riciclate e possono accumularsi in, e danneggiare gli ambienti naturali. Questo nuovo metodo di produzione del PDC aiuterà le bioplastiche rispettose dell'ambiente (che sono biodegradabili e provenienti da fonti rinnovabili) a competere con le plastiche tradizionali riducendo i costi di produzione.

In questo studio, ricercatori hanno ingegnerizzato geneticamente una pianta per produrre PDC, un promettente elemento costitutivo del bioprodotto. La produzione di PDC nella pianta ingegnerizzata di A. thaliana non ha avuto alcun impatto negativo sulla sua crescita e ha ridotto significativamente la quantità di lignina presente nella pianta. Ciò è probabilmente dovuto al fatto che il processo di produzione del PDC devia le risorse dalla formazione della lignina. Nel contesto della coltivazione di piante da utilizzare nella produzione di biocarburanti, questo ridotto contenuto di lignina è effettivamente vantaggioso. Nello specifico, la riduzione della quantità di lignina nelle piante consente agli enzimi di scomporre in modo più efficiente un componente delle piante chiamato cellulosa (una fibra resistente costituita da catene di zuccheri) in preziosi zuccheri, che i microbi possono consumare per produrre biocarburanti.

Dott. Chien-Yuan Lin, scienziato del progetto presso JBEI e primo autore dello studio, osserva che si tratta di una strategia "win-win" unica per promuovere la produzione di biocarburanti e bioprodotti dalle piante. La tecnologia di produzione PDC sviluppata presso JBEI ha il potenziale per essere trasferita da A. thaliana (una specie vegetale non comunemente coltivata al di fuori dei laboratori impostazioni) alle colture bioenergetiche e potrebbe migliorare la redditività economica, e sostenibilità, di produrre bioplastiche e biocarburanti" in queste colture. Infatti, Il dott. Lin ha affermato che "i risultati di questo studio ci hanno motivato a studiare l'effetto della produzione di PDC nel sorgo ingegnerizzato, un'attraente coltura bioenergetica promossa dal DOE." Il Dr. Lin ha detto che non vedeva l'ora di determinare se il sorgo produttore di PDC esibisse "gli stessi tratti benefici" osservati nelle piante di A. thaliana che producono PDC attraverso test sul campo del sorgo ingegnerizzato .