I batteri geneticamente modificati possono convertire il glucosio in un acido grasso, che può poi essere trasformato in idrocarburi chiamati olefine. Per coltivare tali batteri, gli scienziati aggiungono i microbi a flaconi pieni di sostanze nutritive (il brodo giallo) e li scuotono in un'incubatrice per incoraggiare il flusso di ossigeno, come illustrato qui. Credito:Douglas Levere / Università di Buffalo
Sembra un'alchimia moderna:trasformare lo zucchero in idrocarburi che si trovano nella benzina.
Ma è esattamente ciò che hanno fatto gli scienziati.
In un prossimo studio in Chimica della natura , i ricercatori riferiscono di sfruttare le meraviglie della biologia e della chimica per trasformare il glucosio (un tipo di zucchero) in olefine (un tipo di idrocarburo e uno dei numerosi tipi di molecole che compongono la benzina).
Il progetto è stato guidato dai biochimici Zhen Q. Wang presso l'Università di Buffalo e Michelle C. Y. Chang presso l'Università della California, Berkeley.
Il documento, che sarà pubblicato il 22 novembre, segna un passo avanti negli sforzi per creare biocarburanti sostenibili.
Le olefine costituiscono una piccola percentuale delle molecole della benzina attualmente prodotta, ma il processo sviluppato dal team potrebbe probabilmente essere adattato in futuro per generare anche altri tipi di idrocarburi, inclusi alcuni degli altri componenti della benzina, afferma Wang. Nota inoltre che le olefine hanno applicazioni diverse dai combustibili, poiché sono utilizzate nei lubrificanti industriali e come precursori per la produzione di materie plastiche.
Un processo in due fasi che utilizza microbi mangiatori di zucchero e un catalizzatore
Per completare lo studio, i ricercatori hanno iniziato somministrando glucosio a ceppi di E. coli che non rappresentano un pericolo per la salute umana.
Zhen Wang, assistente professore di scienze biologiche dell'Università di Buffalo, è un esperto di biologia sintetica. Credito:Douglas Levere / Università di Buffalo
"Questi microbi sono drogati di zucchero, anche peggio dei nostri figli", scherza Wang.
L'E. coli negli esperimenti sono stati modificati geneticamente per produrre una suite di quattro enzimi che convertono il glucosio in composti chiamati acidi grassi 3-idrossi. Man mano che i batteri consumavano il glucosio, iniziarono a produrre anche gli acidi grassi.
Per completare la trasformazione, il team ha utilizzato un catalizzatore chiamato pentossido di niobio (Nb2O5) per tagliare le parti indesiderate degli acidi grassi in un processo chimico, generando il prodotto finale:le olefine.
Gli scienziati hanno identificato gli enzimi e il catalizzatore attraverso prove ed errori, testando diverse molecole con proprietà che si prestavano ai compiti da svolgere.
"Abbiamo combinato ciò che la biologia può fare meglio con ciò che la chimica può fare meglio e li abbiamo messi insieme per creare questo processo in due fasi", afferma Wang, Ph.D., assistente professore di scienze biologiche presso l'UB College of Arti e Scienze. "Utilizzando questo metodo, siamo stati in grado di produrre olefine direttamente dal glucosio."
Un ceppo di E. coli che non mette in pericolo la salute umana cresce in una fiaschetta piena di sostanze nutritive (il brodo giallo). In uno studio, gli scienziati hanno modificato geneticamente tale E. coli per convertire il glucosio in una classe di acidi grassi, che il team ha poi trasformato in un idrocarburo chiamato olefina. Credito:Douglas Levere / Università di Buffalo
Un ceppo di E. coli che non mette in pericolo la salute umana cresce in una fiaschetta piena di sostanze nutritive (il brodo giallo). In uno studio, gli scienziati hanno modificato geneticamente tale E. coli per convertire il glucosio in una classe di acidi grassi, che il team ha poi trasformato in un idrocarburo chiamato olefina. Credito:Douglas Levere / Università di Buffalo
Il glucosio proviene dalla fotosintesi, che attira CO2 fuori dall'aria
"Produrre biocarburanti da risorse rinnovabili come il glucosio ha un grande potenziale per far progredire la tecnologia dell'energia verde", afferma Wang.
"Il glucosio è prodotto dalle piante attraverso la fotosintesi, che trasforma l'anidride carbonica (CO2 ) e l'acqua in ossigeno e zucchero. Quindi il carbonio nel glucosio, e successivamente nelle olefine, proviene in realtà dall'anidride carbonica che è stata estratta dall'atmosfera", spiega Wang.
Sono necessarie ulteriori ricerche, tuttavia, per comprendere i vantaggi del nuovo metodo e se può essere ampliato in modo efficiente per la produzione di biocarburanti o per altri scopi. Una delle prime domande a cui bisognerà rispondere è quanta energia consuma il processo di produzione delle olefine; se il costo dell'energia è troppo elevato, la tecnologia dovrebbe essere ottimizzata per essere pratica su scala industriale.
Zhen Wang, assistente professore di scienze biologiche dell'Università di Buffalo, è un esperto di biologia sintetica. Credito:Douglas Levere / Università di Buffalo
Zhen Wang, assistente professore di scienze biologiche dell'Università di Buffalo, tiene una fiaschetta contenente un ceppo di E. coli che non mette in pericolo la salute umana. Wang e colleghi hanno dimostrato che l'E. coli geneticamente modificato può convertire il glucosio in una classe di acidi grassi, che possono poi essere trasformati in idrocarburi chiamati olefine. Credito:Douglas Levere / Università di Buffalo
Gli scienziati sono anche interessati ad aumentare la resa. Attualmente, ci vogliono 100 molecole di glucosio per produrre circa 8 molecole di olefina, dice Wang. Vorrebbe migliorare quel rapporto, concentrandosi sul persuasione della E. coli per produrre più acidi grassi 3-idrossi per ogni grammo di glucosio consumato.
Coautori dello studio in Nature Chemistry includere Wang; Chang; Heng Song, Ph.D., presso la UC Berkeley e la Wuhan University in Cina; Edward J. Koleski, Noritaka Hara, Ph.D., e Yejin Min alla UC Berkeley; Dae Sung Park, Ph.D., Gaurav Kumar, Ph.D., e Paul J. Dauenhauer, Ph.D., presso l'Università del Minnesota (il parco è ora presso il Korea Research Institute of Chemical Technology).
