domenica 14 febbraio 2010

BATTERI TRASFORMATI IN RAFFINERIE DI BIOCARBURANTE: La biologia sintetica ha permesso agli scienziati di ottenere biocarburanti utilizzando E. Coli modificati geneticamente.

I batteri responsabili della maggior parte dei casi di intossicazione alimentare negli Stati Uniti sono stati trasformati in una efficiente fabbrica biologica per ottenere prodotti chimici, medicinali e, ora, combustibili!
L'ingegnere chimico Jay Keasling della University of California, Berkeley, e colleghi hanno manipolato il codice genetico dell' Escherichia coli, un comune batterio intestinale, in modo che possa "masticare" i derivati delle piante di zucchero per la produzione di idrocarburi diesel e di altri combustibili. I risultati sono pubblicati nel numero del 28 gennaio di Nature, e su Scientific American. (Purtroppo su Nature lo potete leggere solo se siete iscritti)



"Abbiamo inserito dei geni che hanno permesso la produzione di biodiesel [composti organici] direttamente dagli acidi grassi e dall'etanolo", spiega lo stesso Keasling che continua: “il combustibile che viene prodotto dal nostro Escherichia Coli può essere utilizzato direttamente come biodiesel. Al contrario, i grassi e gli oli derivanti dalle piante devono essere chimicamente trattati prima di poter essere utilizzati."

Forse ancora più importante è il fatto che i ricercatori hanno anche importato i geni che permettono al batterio Escherichia Coli di secernere enzimi che demoliscono il materiale duro che costituisce la maggior parte delle piante, ad esempio cellulosa ed emicellulosa e, in particolare, di produrre da soli lo zucchero necessario per alimentare questo processo. "L'organismo, il batterio, può produrre il combustibile da piante che si trovano a buonissimo mercato senza nessun problema", aggiunge ancora Keasling.

L'Escherichia Coli secerne direttamente il biodiesel che, una volta terminato il processo, galleggia in una vasca di fermentazione per cui alla fine non c'è né la necessità di distillazione o altri processi di depurazione, né la necessità, come invece avviene per il biodiesel prodotto dalle alghe, di rompere la cella in cui si trova l'olio che poi diverrà biodiesel.

Questo processo innovativo che trasforma la flora batterica tipica dell'intestino umano in una raffineria di biodiesel cellulosica coinvolge gli strumenti della biologia sintetica.
Keasling e il suo team hanno clonato i geni di alcuni batteri che si trovano nel suolo e che producono enzimi capaci di scomporre la cellulosa. Questi batteri sono già utilizzati per la produzione dei prodotti fitosanitari. La squadra di ricercatori ha poi aggiunto un po' di codice genetico in forma di brevi sequenze di amminoacidi necessario per fare in modo che le cellule dell'Escherichia Coli riescano a secernere l'enzima batterico che, rompendo la cellulosa vegetale, la converta in zuccheri e poi in biodiesel.
Il processo innovativo è perfetto per fare idrocarburi con almeno 12 atomi di carbonio che vanno dal diesel ai precursori chimici, dal jet fuel al kerosene. Ancora non è possibile produrre idrocarburi a catena corta come è la benzina. “La benzina tende a contenere idrocarburi a catena corta, per esempio il C8. Il gasolio e il combustibile per gli aerei, invece, contengono idrocarburi a catena lunga. Ci sono altri modi per fare la benzina, stiamo lavorando anche su queste tecnologie”.

A conti fatti, gli Stati Uniti, da soli, bruciano circa 530 miliardi di litri di benzina all'anno, rispetto ai soli 7,5 miliardi di litri di biodiesel. Una bilancia dei consumi sbilanciata a favore dei carburanti raffinati derivanti dal petrolio. Keasling, responsabile del progetto, ha stimato che una distesa di 40,5 milioni di ettari di Miscanthus Giganteus, erba alta più o meno tre metri, masticata da microbi appositamente progettati come lo sono gli Escherichia Coli in questione, può produrre abbastanza biodiesel per alimentare e soddisfare le esigenze di tutti i mezzi di trasporto degli Stati Uniti d'America.

L'Escherichia Coli è il candidato più probabile per compiere un tale lavoro dal momento che si tratta di un organismo studiato nei minimi particolari e con una struttura molto robusta.
Keasling ci informa che l'Escherichia Coli tollera molto bene le mutazioni genetiche. “La sorpresa c'è stata visto che tutti gli organismi hanno bisogno di acidi grassi per far sopravvivere la membrana delle loro cellule. I batteri Escherichia Coli se vengono privati dei grassi acidi si rivolgono alla biosintesi per compensare l'esaurimento degli acidi grassi.”
L'Escherichia Coli cresce rapidamente: tre volte più velocemente dei batteri del lievito di birra, 50 volte più velocemente di Mycoplasma, 100 volte più velocemente della maggior parte dei microbi agricoli.” Così si esprime il genetista George Chiesa, sviluppatore della tecnologia e ricercatore presso la Harvard Medical School.
Il batterio può essere trasformato in una fabbrica microbica.

L'idea di fondo è questa: produrre un lotto di biocarburanti da una singola colonia di batteri attraverso la capacità di proliferare dell'Escherichia Coli e, dopo la produzione del combustibile, i batteri già “usati” verrebbero sostituiti da una colonia nuova. Questo per evitare che si vadano a creare delle mutazioni che potrebbero sorgere se si continua ad utilizzare la stessa coltura di microbi. La sperimentazione prevede che il processo venga migliorato con il progredire della tecnologia.

Ma se si esce dai meccanismi e dai processi naturali di produzione di biocarburante, il batterio in questione non è il produttore più efficiente di biocarburanti. Come ammette lo stesso Keasling, capo del team di ricercatori impegnati nel progetto, al momento siamo solo al 10% del rendimento teorico massimo che si può ottenere processando lo zucchero derivante dalle piante. “Saremmo lieti quando arriveremo all'80% o meglio al 90% perché a quel punto saremmo in grado di commercializzare il prodotto in modo efficace. Inoltre, per fare ciò, avremmo bisogno di un grande processo di produzione su vasta scala".

Tuttavia, diverse aziende, tra cui LS9, che ha contribuito con la ricerca, così come la Gevo e la Amyris Biotecnologie (fondata da Keasling), stanno lavorando per fare in modo che la produzione di combustibile da microbi diventi al più presto una realtà alla pompa di benzina, non solo un progetto accademico ed utopico.

Fonti: Scientific American

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