Científicos han diseñado una bacteria que puede tomar dióxido de carbono del aire y convertirlo en combustible en una sola etapa enzimática.
El proceso se basa en la luz del sol para producir metano e hidrógeno en el interior de la bacteria Rhodopseudomonas palustris, en esencia revertiendo la combustión. Estas bacterias de diseño podrían guiar a los científicos hacia mejores biocombustibles con huellas neutras de carbono.
Los investigadores publicaron sus resultados en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
Caroline Harwood, coautora y profesora de microbiología en la Universidad de Washington, dijo que el informe floreció de su trabajo en el que estudiaba una enzima llamada nitrogenasa.
"Estamos muy interesados en la enzima nitrogenasa, ya que hace una reacción extraordinariamente difícil", dijo.
En la naturaleza, la enzima sirve como catalizador que ayuda a ciertas bacterias a convertir el nitrógeno atmosférico inerte en amoníaco reactivo en un proceso llamado reducción del nitrógeno, o fijación de nitrógeno. La enzima usa trifosfato de adenosina (ATP), un compuesto que sirve como moneda energética en las células.
Sin la enzima, la reacción de reducción del nitrógeno tiene una gran barrera energética y rara vez se produce por sí sola.
Los investigadores se preguntaron si podían modificar la nitrogenasa para que funcionara con otras moléculas estables e inertes. "Ha sido recientemente que se ha apreciado que esta enzima es algo promiscua y que también puede producir otras reacciones, solo que no de manera tan eficiente", dijo Harwood.
Algunos de sus colaboradores lograron aislar y alterar la nitrogenasa para que usara la forma más oxidada de carbono, dióxido de carbono, como material de partida y produjera la forma de carbono más reducida –metano–. Pero esta enzima modificada fue tediosamente producida a pequeña escala en tubos de ensayo, lo que no es suficientemente bueno para un proceso que algún día podría producir cantidades industriales de biocombustibles.
"Queríamos ver si podíamos conseguir que un organismo vivo real hiciera esta conversión", dijo Harwood.
El equipo preparó una versión de la bacteria R. palustris modificada para que produjera sin parar y automáticamente la nitrogenasa de diseño. En su estado natural, la bacteria absorbe la luz solar para producir ATP, por lo que la luz ayudó a generar la energía que hace funcionar la enzima en las células modificadas.
Los investigadores descubrieron que la nitrogenasa modificada ya no podía fijar nitrógeno, pero podía producir metano e hidrógeno cuando se iluminaba a las bacterias.
Sin embargo, la nueva nitrogenasa no es ni de lejos tan eficiente en la producción de metano a partir de dióxido de carbono como lo es en la fabricación de amoníaco a partir de nitrógeno gaseoso.
Daniel Lessner, profesor asociado en el Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de Arkansas, Fayetteville, quién no participó en el estudio, dijo que los hallazgos trazan un camino más claro para producir metano, componente principal del gas natural, a partir de organismos vivos.
"Es emocionante", dijo sobre el nuevo informe.
Lessner estudia una clase de bacterias llamadas metanógenas que producen metano de forma natural. Sin embargo, utilizan distintos materiales de partida, como el acetato.
"Los metanógenos requieren que otros microbios les proporcionen otros donadores de electrones", dijo. "Lo que necesita, entonces, no es un solo microorganismo sino múltiples microorganismos".
Por otra parte, la nueva nitrogenasa producida en R. palustris convierte el dióxido de carbono en metano de forma independiente y en una única etapa, simplificando el proceso. Y puesto que se produce en un organismo vivo, la reacción tiene lugar a temperatura ambiente, reduciendo la energía requerida para fabricar biocombustible.
"El proceso que ocurre de forma natural sigue siendo más eficiente, pero debido a la simplicidad de este organismo diseñado, haría más fácil manipular el proceso", dijo Lessner.
Harwood dijo que ahora su equipo está investigando si se puede modificar la enzima para mejorar su eficacia en la reducción de dióxido de carbono, así como buscando otros productos químicos útiles que puedan producir.
Fuente: Scientific American