Ocupado, micróbios produtivos usam enzimas para quebrar as folhas, caules e outra biomassa e, em seguida, converter esse material em combustíveis e produtos químicos renováveis. Mas algumas dessas enzimas não podem funcionar em altas temperaturas ou acidez que mantêm os custos operacionais baixos para os processos de fermentação.

Uma equipe de pesquisa liderada por Laura Jarboe, da Universidade Estadual de Iowa, tentará corrigir esse problema identificando o problema, enzimas mais resistentes e micróbios de engenharia para usá-los na fermentação industrial. Seu trabalho é sustentado por um período de três anos, $ 969, Subsídio de 000 do Departamento de Energia dos EUA.

"Queremos tornar esses micróbios mais robustos, "disse Jarboe, Professor de Engenharia Química da Cargill do Estado de Iowa. "Fazer isso, precisamos pensar sobre o problema dos micróbios. Não podemos simplesmente dizer, 'Faça melhor.'"

Nesse caso, enzimas que requerem resfriamento ou ajustes de pH (acidez / alcalinidade) para permanecerem ativas são problemas caros. Algumas dessas enzimas são vitais para a capacidade dos micróbios de converter substratos de base biológica em produtos, e alguns são vitais para a sobrevivência do organismo.

Existem mais resistentes, mais difícil, enzimas mais robustas lá fora? Os micróbios industriais poderiam ser projetados para serem mais parecidos com "extremófilos" e permanecer ativos sob as condições adversas dos fermentadores?

Juntando-se para encontrar respostas estão Jarboe; Robert Jernigan, um distinto professor Charles F. Curtiss do estado de Iowa em Agricultura e Ciências da Vida no Departamento de Bioquímica de Roy J. Carver, Biofísica e Biologia Molecular; e Peter St. John, um cientista sênior do Centro de Biociências do Laboratório Nacional de Energia Renovável do Departamento de Energia dos EUA em Golden, Colorado.

Milhões para estudar micróbios

O Escritório de Pesquisa Biológica e Ambiental do departamento de energia concedeu 34 bolsas de biotecnologia, totalizando US $ 45,5 milhões neste verão, incluindo esta doação para apoiar o trabalho de Jarboe, Jernigan e St. John. Os vencedores foram selecionados após uma competição, processo de revisão por pares.

"Biocombustíveis que podem abastecer aviões e navios, e bioprodutos feitos de recursos renováveis ​​desempenharão um papel crítico na descarbonização de nossa economia, "disse a secretária de Energia Jennifer M. Granholm, em uma declaração anunciando as concessões.

O programa de pesquisa do departamento de energia visa duas áreas de estudo:uma, reengenharia de micróbios que ajudam a converter biomassa e polímeros sintéticos em combustíveis e produtos. E dois, desenvolver tecnologias de imagem para estudar melhor as plantas e micróbios usados ​​para produzir bioprodutos.

Os vários projetos "nos ajudarão a entender, prever, e até mesmo design (biocombustíveis e bioprodutos) no nível celular, para que possamos desbloquear todo o seu potencial, "Granholm disse.

Laboratórios para fábricas

Jarboe, Jernigan e St. John desenvolveram um plano de três partes para fazer a reengenharia de micróbios para que eles produzam enzimas resistentes ao calor e aos ácidos:

• St. John vai liderar esforços para construir computadores, modelos em escala de genoma do metabolismo microbiano, incluindo as reações químicas que convertem açúcares em energia. Os modelos ajudarão os pesquisadores a prever como as temperaturas mais altas ou as mudanças na acidez irão alterar as reações. "Nosso trabalho tentará identificar quais enzimas reagem a esses estresses e afetam adversamente o metabolismo, que pode então ser direcionado para substituição, " ele disse.
• Jernigan conduzirá pesquisas de dados de enzimas para identificar substitutos resistentes para as enzimas que falham em alta temperatura ou acidez. "Estudei proteínas por toda a minha vida e temos dados incrivelmente ricos - várias centenas de milhões de sequências de proteínas - e esta é uma oportunidade de fazer aplicações práticas desta informação, " ele disse.
• Jarboe liderará esforços para desenvolver micróbios que possam produzir as robustas enzimas de substituição. Também haverá experimentos para avaliar e caracterizar os micróbios, enzimas e reações químicas resultantes. "Talvez não importe que alguns dos processos dependam de enzimas altamente sensíveis, "disse ela." Talvez existam outras enzimas que podem fazer exatamente o mesmo trabalho. "

Se for esse o caso, essas enzimas de substituição podem um dia fazer a diferença na forma como os combustíveis biorrenováveis, produtos químicos e outros são fabricados.

"Encontrar uma abordagem sistemática para a engenharia de termotolerância e tolerância ao pH em micróbios, "São João disse, "irá permitir que cepas recém-desenvolvidas passem do laboratório para a indústria com maior velocidade e custo menor."