Suena a alquimia moderna: transformar el azúcar en hidrocarburos que se encuentran en la gasolina.
Pero eso es exactamente lo que han hecho los científicos.
En un próximo estudio publicado en Nature Chemistry, los investigadores informan aprovechar las maravillas de la biología y la química para convertir la glucosa un tipo de azúcar en olefinas un tipo de hidrocarburo y uno de los varios tipos de moléculas que componen la gasolina.
El proyecto fue dirigido por los bioquímicos Zhen Q. Wang de la Universidad de Buffalo y Michelle CY Chang de la Universidad de California, Berkeley.
El documento, que se publicará el 22 de noviembre, marca un avance en los esfuerzos para crear biocombustibles sostenibles.
Las olefinas comprenden un pequeño porcentaje de las moléculas en la gasolina tal como se produce actualmente, pero el proceso que el equipo desarrolló probablemente podría ajustarse en el futuro para generar otros tipos de hidrocarburos también, incluidos algunos de los otros componentes de la gasolina, dice Wang.También señala que las olefinas tienen aplicaciones no combustibles, ya que se utilizan en lubricantes industriales y como precursores para la fabricación de plásticos.
Un proceso de dos pasos que utiliza microbios que comen azúcar y un catalizador
Para completar el estudio, los investigadores comenzaron alimentando con glucosa cepas de E. coli que no representen un peligro para la salud humana.
"Estos microbios son adictos al azúcar, incluso peores que nuestros hijos", bromea Wang.
El E. coli en los experimentos se diseñaron genéticamente para producir un conjunto de cuatro enzimas que convierten la glucosa en compuestos llamados ácidos grasos 3-hidroxi. A medida que las bacterias consumían la glucosa, también comenzaron a producir los ácidos grasos.
Para completar la transformación, el equipo utilizó un catalizador llamado pentóxido de niobio Nb 2 O 5 para cortar partes no deseadas de los ácidos grasos en un proceso químico, generando el producto final: las olefinas.
Los científicos identificaron las enzimas y el catalizador mediante prueba y error, probando diferentes moléculas con propiedades que se prestaban a las tareas en cuestión.
"Combinamos lo que la biología puede hacer mejor con lo que la química puede hacer mejor, y los reunimos para crear este proceso de dos pasos", dice Wang, PhD, profesor asistente de ciencias biológicas en la Facultad de Artes de la UBy Ciencias. "Con este método, pudimos producir olefinas directamente a partir de la glucosa".
La glucosa proviene de la fotosíntesis, que extrae CO 2 fuera del aire
"La fabricación de biocombustibles a partir de recursos renovables como la glucosa tiene un gran potencial para promover la tecnología de energía verde", dice Wang.
"La glucosa es producida por las plantas a través de la fotosíntesis, que convierte el dióxido de carbono CO 2 y agua en oxígeno y azúcar.Entonces, el carbono en la glucosa, y luego en las olefinas, en realidad proviene del dióxido de carbono que se ha extraído de la atmósfera ", explica Wang.
Sin embargo, se necesita más investigación para comprender los beneficios del nuevo método y si se puede ampliar de manera eficiente para producir biocombustibles o para otros fines. Una de las primeras preguntas que deberá responderse es la cantidad de energía del procesode producir las olefinas que consume; si el costo de energía es demasiado alto, la tecnología debería optimizarse para que sea práctica a escala industrial.
Los científicos también están interesados en aumentar el rendimiento. Actualmente, se necesitan 100 moléculas de glucosa para producir alrededor de 8 moléculas de olefina, dice Wang. Le gustaría mejorar esa proporción, con un enfoque en persuadir a E. coli para producir más ácidos grasos 3-hidroxi por cada gramo de glucosa consumido.
Los coautores del estudio en Nature Chemistry incluyen a Wang; Chang; Heng Song, PhD, en UC Berkeley y la Universidad de Wuhan en China; Edward J. Koleski, Noritaka Hara, PhD y Yejin Min en UC Berkeley; Dae Sung Park, PhD, Gaurav Kumar, PhD, y Paul J. Dauenhauer, PhD, en la Universidad de Minnesota Park se encuentra ahora en el Instituto de Investigación de Tecnología Química de Corea.
La investigación fue apoyada por fondos de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU.; El Programa Postdoctoral Camille y Henry Dreyfus en Química Ambiental; y la Fundación de Investigación de la Universidad Estatal de Nueva York.
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