Biofilme fúngico crescendo em um permeável ao oxigênio, membrana tubular helicoidalmente enrolada em um biorreator anaeróbico. O biofilme é removido do reator no final de uma fermentação. Crédito:M. Studer (BFH)
Com a corrida pelas fontes renováveis de energia a todo vapor, as usinas oferecem um dos candidatos mais promissores para substituir o petróleo bruto. Lignocelulose em particular - biomassa de plantas não comestíveis, como grama, sai, e madeira que não compete com plantações de alimentos - é abundante e renovável e oferece uma ótima fonte alternativa ao petróleo para uma ampla gama de produtos químicos.
A fim de extrair produtos químicos úteis dele, A lignocelulose é primeiro pré-tratada para "quebrá-la" e torná-la mais fácil de processar. Em seguida, é exposto a enzimas que solubilizam a celulose, que é uma cadeia de açúcares ligados (glicose). Esta etapa pode ser realizada adicionando à lignocelulose pré-tratada um microrganismo que produz naturalmente o necessário, enzimas de clivagem de celulose, por exemplo. um fungo.
As enzimas "quebram" a celulose e a transformam em seus açúcares individuais, que pode ser posteriormente processado para produzir um produto químico importante:ácido lático. Esta segunda etapa também é realizada com um microrganismo, uma bactéria que "come" os açúcares e produz ácido lático quando não há oxigênio por perto.
Na etapa final desta linha de montagem microbiana, o ácido láctico pode então ser processado para fazer uma grande variedade de produtos químicos úteis.
Uma equipe de cientistas da Universidade de Ciências Aplicadas de Berna (BFH), a Universidade de Cambridge, e a EPFL tornaram essa cadeia de montagem possível em uma única configuração e demonstraram que essa conversão pode ser mais versátil e modular. Ao trocar facilmente os microrganismos no final, processamento de ácido láctico, Passo, eles podem produzir uma ampla gama de produtos químicos úteis.
O estudo inovador foi publicado em Ciência , e foi realizado por Robert Shahab, um EPFL Ph.D. aluno do laboratório do professor Jeremy Luterbacher, enquanto trabalhava no laboratório do Professor Michael Studer no BFH, quem conduziu o estudo.
Uma ilustração dos diferentes produtos químicos que podem ser produzidos a partir da madeira de faia usando a plataforma de lactato. Crédito:RL Shahab / Ciência
Os pesquisadores apresentam o que eles chamam de 'plataforma de lactato, 'que é essencialmente um biorreator segregado espacialmente que permite que vários microorganismos diferentes coexistam, cada um realizando uma das três etapas do processamento da lignocelulose.
A plataforma consiste em uma membrana tubular que permite a passagem de uma quantidade definida de oxigênio. Na superfície do tubo pode crescer o fungo que consome todo o oxigênio que passa pela membrana, e fornece as enzimas que irão quebrar a celulose em açúcares. Mais longe da membrana, e, portanto, em uma atmosfera sem oxigênio, Faça crescer a bactéria que vai "comer" os açúcares e transformá-los em ácido láctico.
Mas a inovação que Shahab fez estava na última etapa. Ao usar diferentes microrganismos fermentadores de ácido láctico, ele foi capaz de produzir diferentes produtos químicos úteis. Um exemplo foi o ácido butírico, que pode ser usado em bioplásticos, enquanto o laboratório de Luterbacher mostrou recentemente que ele pode até mesmo ser transformado em combustível para aviões.
O trabalho demonstra os benefícios das culturas microbianas mistas no processamento de biomassa de lignocelulose:modularidade e a capacidade de converter substratos complexos em produtos químicos de plataforma valiosos.
"Os resultados alcançados com a plataforma de lactato mostram muito bem as vantagens dos consórcios microbianos artificiais para formar novos produtos a partir da lignocelulose, "diz Michael Studer." A criação de nichos em biorreatores homogêneos é uma ferramenta valiosa para co-cultivar diferentes microorganismos. "
"Fermentar a lignocelulose em muitos produtos diferentes foi uma quantidade significativa de trabalho, mas foi importante mostrar o quão versátil é a plataforma de lactato, "diz Robert Shahab." Ver a formação do lactato e a conversão em produtos-alvo foi uma grande experiência, pois mostrou que o conceito da plataforma de lactato funcionou na prática. "
Jeremy Luterbacher acrescenta, "O objetivo final é reconstruir um setor de manufatura verde para substituir aquele que produz muitos produtos de petróleo bruto. Um método que introduz flexibilidade e modularidade é um passo importante nessa direção."
