p Os grandes desafios globais do nosso tempo, incluindo as mudanças climáticas, segurança energética e escassez de recursos naturais, promover uma transição da economia linear baseada em fósseis para a economia circular sustentável de base biológica. Dar este passo requer um maior desenvolvimento de tecnologias emergentes para a produção de combustíveis renováveis ​​e produtos químicos. p Microrganismos fotossintéticos, como cianobactérias e algas, mostram um grande potencial para satisfazer nossa demanda por produtos químicos renováveis ​​e reduzir a dependência global de combustíveis fósseis. Esses microrganismos têm a capacidade de utilizar a energia solar na conversão de CO ₂ em biomassa e uma variedade de diferentes compostos orgânicos ricos em energia. As cianobactérias também são capazes de manter novos caminhos de produção sintética que lhes permitem funcionar como fábricas de células vivas para a produção de produtos químicos e combustíveis específicos.

p O eteno é uma das commodities químicas orgânicas mais importantes, com uma demanda global anual de mais de 150 milhões de toneladas. É o principal alicerce na produção de plásticos, fibras e outros materiais orgânicos.

p "Em nossa pesquisa, nós empregamos a cianobactéria geneticamente modificada Synechocystis sp. PCC 6803 que expressa a enzima formadora de etileno (EFE) adquirida do patógeno vegetal, Pseudomonas syringae. A presença de EFE nas células cianobacterianas permite que elas produzam etileno usando energia solar e CO ₂ do ar, "diz o professor associado Allahverdiyeva-Rinne.

p O etileno tem uma alta densidade de energia que o torna uma fonte de combustível atraente. Atualmente, o etileno é produzido por craqueamento a vapor de matérias-primas de hidrocarbonetos fósseis, levando a uma grande emissão de CO ₂ no meio ambiente. Portanto, é importante desenvolver abordagens verdes para sintetizar etileno.

p "Embora resultados muito promissores tenham sido relatados em cianobactérias recombinantes produtoras de etileno, a eficiência geral dos sistemas de fotoprodução disponíveis ainda é muito baixa para aplicações industriais. A produtividade de etileno de cianobactérias projetadas é a variável mais crítica para reduzir os custos e melhorar a eficiência, "diz o pesquisador de pós-doutorado Sindhujaa Vajravel.

p Contudo, cianobactérias têm várias limitações para a produção eficiente, como eles acumulam biomassa principalmente, não os produtos desejados.

p "Eles possuem uma antena fotossintética gigante de coleta de luz que leva ao autossombreamento e distribuição limitada de luz em culturas em suspensão, o que diminui a produtividade. A maior limitação é que o período de produção das células é curto, apenas alguns dias, "explica Allahverdiyeva-Rinne.

p Para resolver esses dois problemas, os pesquisadores aprisionaram células cianobacterianas produtoras de etileno dentro de uma matriz de polímero de alginato de camada fina. Esta abordagem limita fortemente o crescimento celular, engajando assim o fluxo eficiente de metabólitos fotossintéticos para a biossíntese de etileno. Também melhora a utilização da luz em condições de pouca luz e promove fortemente a adequação das células. Como resultado, os biofilmes artificiais alcançaram fotoprodução sustentável de etileno por até 40 dias com uma eficiência de conversão de luz em etileno 3,5 vezes maior do que em culturas convencionais em suspensão.

p Essas descobertas abrem novas possibilidades para o desenvolvimento de fábricas de células fotossintéticas de estado sólido eficientes para a produção de etileno e para o aumento da escala do processo até o nível industrial.