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Geni per produrre idrocarburi
Molte specie producono naturalmente piccole quantità di idrocarburi. Ora ricercatori alla startup LS9 , con sede a South San Francisco, in California, hanno descritto i geni e gli enzimi responsabili di questa produzione di alcani, i principali componenti di combustibili come il diesel. I risultati, riportati nell'attuale numero della rivista Scienza , hanno permesso ai ricercatori di ingegnerizzare E. coli batteri che possono secernere idrocarburi alcani in grado di essere bruciati nei motori diesel.
Gene del carburante: I cianobatteri qui raffigurati producono naturalmente idrocarburi che possono essere utilizzati come carburante nei motori diesel. I ricercatori di LS9 hanno ora identificato i geni responsabili.
LS9 aveva precedentemente riferito di utilizzare batteri per produrre idrocarburi, ma questa è la prima volta che i ricercatori hanno rivelato come hanno fatto. Questa è la prima caratterizzazione di questi enzimi. Non si sapeva praticamente nulla di quali enzimi fossero responsabili e come lo fanno, dice Frances Arnold , professore di ingegneria chimica, bioingegneria e biochimica al Caltech. Arnold non era coinvolto nel lavoro di LS9. La scoperta apre una serie completamente nuova di possibilità, dice. Queste reazioni sono molto interessanti. La natura ne ha fatte alcune versioni. Ora, in laboratorio, possiamo realizzare molte più versioni, così la tua immaginazione può scatenarsi. Qualsiasi applicazione commerciale scoperta da Arnold e altri, tuttavia, richiederà probabilmente un accordo di licenza con LS9, che ha depositato un brevetto per la sua scoperta.
I ricercatori di LS9 hanno scoperto i geni coinvolti confrontando i genomi di 10 ceppi di cianobatteri (chiamati anche alghe blu-verdi) che producono naturalmente alcani con un ceppo molto simile che non produce alcani. Hanno identificato 20 geni che avevano i ceppi produttori di alcani ma che mancavano al ceppo non produttore di alcani. Da lì, i ricercatori hanno ristretto le possibilità fino a quando non hanno identificato i geni e gli enzimi necessari per la produzione di alcani. Hanno confermato la loro scoperta incorporando i geni in E. coli e misurare gli alcani prodotti successivamente dai batteri. I batteri secernono gli alcani, che possono quindi essere facilmente raccolti e utilizzati come combustibile.
Gli organismi producono alcani attraverso un processo complesso che produce acidi grassi dall'anidride carbonica o dagli zuccheri. Gli acidi grassi vengono quindi convertiti dagli organismi in un'aldeide che include un atomo di carbonio legato a un atomo di ossigeno (insieme creano quello che viene chiamato un gruppo carbonilico). L'enzima aldeide decarbonilasi aiuta a rimuovere questo gruppo per formare una catena di atomi di idrogeno e carbonio: l'idrocarburo. Il processo naturale produce una raccolta di idrocarburi di varie lunghezze paragonabili alle molecole di idrocarburi del diesel.
Diversi gruppi di ricerca presso università e aziende hanno cercato modi per produrre combustibili rinnovabili sufficientemente simili alla benzina, al diesel e al carburante a base di petrolio da utilizzare nei veicoli esistenti. Tali combustibili sarebbero più versatili dell'etanolo, che non può essere utilizzato in alte concentrazioni nei motori ordinari. La scoperta di LS9 è una spinta a questo sforzo.
Ma resta del lavoro prima che i geni possano produrre quantità commerciali di carburante a prezzi in grado di competere con i combustibili fossili. Questo è molto lontano dal descrivere un processo commercialmente praticabile per produrre alcani, dice Arnold. Il carburante deve essere a buon mercato. Non è chiaro se lo renderemo mai economico e facile con questa strada. Una sfida fondamentale è aumentare il processo. Tutto si riduce alla possibilità di inviare abbastanza carbonio attraverso quel percorso per raggiungere i livelli industriali, dice.
LS9 è stato geneticamente ingegnerizzato E. coli per ottimizzare il processo mediante il quale i batteri convertono lo zucchero in combustibile. Ad esempio, l'E. coli si nutre naturalmente di alcuni degli acidi grassi che produce, anziché utilizzarli come materia prima per la produzione di alcani. LS9 sta alterando i batteri in modo che non mangino gli acidi grassi, il che aiuta ad aumentare la resa di carburante, afferma Andreas Schirmer, direttore associato dell'ingegneria metabolica di LS9.
Il primo carburante dell'azienda sul mercato probabilmente non sarà un idrocarburo. Quattro anni fa, l'azienda ha iniziato a sviluppare un carburante a base di esteri grassi che potrebbe sostituire il carburante diesel ed è più vicino al mercato rispetto al carburante a base di idrocarburi che ha iniziato a sviluppare due anni fa quando ha identificato per la prima volta i geni e gli enzimi degli alcani. .