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Un migliore insetto per i biocarburanti
Un minuscolo microbo trovato nella baia di Chesapeake è al centro di un intenso studio per una startup biotecnologica a College Park, MD. Zymetis ha modificato geneticamente un raro batterio che mangia cellulosa per scomporre e convertire la cellulosa in zuccheri necessari per produrre etanolo e ha recentemente completato la sua prima sperimentazione su scala commerciale. All'inizio di quest'anno, l'azienda ha sottoposto il microbo modificato a una serie di test in grandi fermentatori e ha scoperto che era in grado di convertire una tonnellata di fibra vegetale cellulosica in zucchero in 72 ore. Lo studio, affermano i ricercatori, illustra il potenziale dell'organismo nell'aiutare a produrre etanolo in modo economico ed efficiente su scala industriale. Zymetis sta ora raccogliendo il primo round di capitale di rischio per portare la tecnologia in applicazioni commerciali.
Microbo mangiatore di cellulosa: Steve Hutcheson, presidente e CTO di Zymetis, mostra una cultura del batterio S. degradans , trovato nella baia di Chesapeake più di 20 anni fa.
Scott Laughlin, CEO di Zymetis, afferma che negli ultimi due anni gli scienziati dell'azienda hanno lavorato per riorganizzare e pompare il minuscolo organismo. Il principale vantaggio del microbio è la sua capacità di combinare naturalmente due fasi principali nel processo dell'etanolo, che secondo l'azienda potrebbe ridurre considerevolmente gli alti costi di produzione di etanolo da biomasse cellulosiche come erbaccia, trucioli di legno e pasta di carta. L'azienda sta eseguendo l'organismo attraverso una serie di prove per studiare come il sistema potrebbe essere applicato su scala industriale.
La produzione di etanolo da fonti cellulosiche è un costoso processo multistadio. La materia prima cellulosica viene prima pretrattata con calore e sostanze chimiche per abbattere le pareti cellulari dure del materiale. Alla miscela vengono quindi aggiunti costosi enzimi fabbricati per convertire la cellulosa purificata in glucosio, che viene quindi trattato con lievito che trasforma gli zuccheri in etanolo. Di conseguenza, scienziati e diverse aziende in fase di avvio stanno sviluppando microbi migliorati che potrebbero realizzare molti di questi passaggi, rendendo così i biocarburanti risultanti più competitivi rispetto ai combustibili fossili.
Per raggiungere questo obiettivo, Laughlin afferma che l'azienda ha sviluppato un sistema per la produzione di etanolo che ruota attorno a un microbo che combina in modo rapido ed efficiente le prime due fasi del processo convenzionale dell'etanolo. Ha la capacità di scomporre l'intero materiale vegetale ed espelle gli enzimi che scompongono la cellulosa, [che funziona] molto bene in soluzione, afferma Laughlin.
Il microbo su cui l'azienda punta è Saccharophagus degradans , un batterio trovato nelle paludi della baia di Chesapeake che divora il materiale vegetale morto e i rifiuti solidi, scomponendoli in glucosio. Nel 2003, Steve Hutcheson , un professore di biologia cellulare e genetica molecolare all'Università del Maryland, ha setacciato il genoma dell'organismo e ha scoperto che possedeva una combinazione di enzimi che abbattevano le pareti cellulari dure nelle piante morte e convertiva la cellulosa rimanente in zuccheri, due proprietà preziose in produzione di etanolo cellulosico. Nel 2006, Hutcheson ha fondato Zymetis per aumentare le prestazioni del microbo su scala commerciale.
Da allora, l'azienda ha lavorato con ceppi di S. degradans , identificando insiemi di enzimi responsabili della scomposizione di una varietà di materiali, dai giornali alle piante morte ai rifiuti solidi. Hutcheson e i suoi colleghi hanno attivato alcuni geni per aumentare l'attività di questi enzimi e hanno disattivato altri geni che controllavano i comportamenti inibitori del microbo, come quelli che gli dicono di smettere di nutrirsi. Di conseguenza, l'organismo geneticamente modificato pompa molti più enzimi di quanto farebbe normalmente.
Laughlin e i suoi colleghi hanno recentemente sottoposto l'organismo a una prova e hanno scoperto che l'organismo ha masticato una tonnellata di fibra vegetale cellulosica, convertendo la polpa in zucchero entro 72 ore, un processo che normalmente richiede anni in natura. In questo momento, stiamo lavorando su un lasso di tempo compreso tra 24 e 72 ore, afferma Laughlin. È più una questione economica per renderlo più veloce, ma a quale costo? Quindi stiamo lavorando su tutta una serie di protocolli di elaborazione su diverse scale temporali per capire un'esecuzione ottimale.
L'azienda sta accoppiando il microbo con un ceppo di lievito che converte lo zucchero in etanolo mentre il microbo scompone la cellulosa. L'obiettivo di Zymetis è sviluppare unità produttive in grado di produrre circa 10 milioni di galloni di etanolo all'anno, una produzione relativamente modesta. Ma Laughlin afferma che pensare in piccolo potrebbe portare a una produzione locale più efficiente di etanolo e prevede di collaborare con cartiere e impianti di raccolta dei rifiuti solidi per produrre etanolo in loco.
Se guardi un impianto di mais-etanolo, è questa grande fabbrica gigantesca, dice Laughlin. Preferiamo posizionare impianti più piccoli ed efficienti in modo distribuito nei luoghi in cui è disponibile questa fibra di scarto, e così facendo, otteniamo molta efficienza e possiamo arrivare sul mercato più velocemente e non dobbiamo coltivare la fibra . Laughlin afferma che l'azienda mira a creare una struttura pilota di co-locazione con un partner non dichiarato entro la metà del 2010.
Qteros , una società di biotecnologie con sede a Marlborough, MA, sta utilizzando metodi simili per aumentare la produzione di etanolo cellulosico. I ricercatori stanno progettando un microbo che combina le ultime due fasi della produzione di etanolo: convertire la cellulosa in zucchero e trasformare lo zucchero in etanolo. William Frey, CEO di Qteros, afferma che l'approccio di Zymetis rappresenta una sfida importante per rendere accessibile l'etanolo cellulosico.
Una grossa fetta del costo è associata al pretrattamento e anche all'idrolisi enzimatica, afferma Frey. L'industria è alla ricerca di tecnologie economiche e scalabili e le soluzioni microbiche hanno la capacità di ridurre il numero di passaggi e i costi, e questo è un grosso pezzo.