Uma enzima dependente de luz especial, que foi descoberto há cerca de três anos, é o ponto focal em uma nova descoberta científica que permite a produção de alto rendimento de biocombustíveis drop-in a partir de biomassa.

Em um estudo agora publicado em Nature Communications , engenheiros da Aarhus University e do Massachusetts Institute of Technology provaram, que a suposição original do processo enzimático nesta conversão de biomassa em biocombustíveis está realmente errada.

As descobertas permitiram aos pesquisadores biossintetizar com sucesso os combustíveis verdes em níveis industrialmente relevantes de 1,47 gramas por litro de glicose.

A enzima dependente da luz, que se origina de microalgas, tem a característica particular de descarboxilar ácidos graxos em alcanos (convertendo assim a biomassa celulósica em biocombustíveis drop-in) usando luz azul como única fonte de energia.

Os pesquisadores inserem artificialmente a enzima nas células da levedura oleaginosa Yarrowia Lipolytica, gerando assim seu metabolismo. A levedura sintetiza glicose, proveniente de biomassa, em lipídios (especificamente as moléculas de ácidos graxos livres e acil-CoAs graxos) que são então convertidos em alcanos pela enzima em uma reação metabólica chamada fotodecarboxilase de ácido graxo - em resumo FAP.

Mas desde a descoberta da enzima, foi assumido, que os ácidos graxos livres são o reagente preferido da enzima no processo FAP; que uma abundância de ácidos graxos livres resultaria em uma produção de biocombustível de maior rendimento.

Esta suposição está errada, Contudo.

"Em nosso estudo, provamos que o acil-CoA graxo - e não o ácido graxo livre - é o reagente preferido para a enzima dependente da luz. Este achado foi usado com sucesso em nosso estudo para metabolizar 89 por cento do acil-CoA graxo em alcanos, atingindo títulos de 1,47 g / l de glicose, "diz Bekir Engin Eser, professor assistente na Universidade de Aarhus.

A produção predominante de combustíveis oleoquímicos drop-in hoje é feita pela conversão de oleoquímicos "convencionais", como óleos vegetais, óleos de cozinha usados, sebo, e outros lipídios em hidrocarbonetos (principalmente alcanos) usando métodos de tratamento químico com uso intenso de energia.

Contudo, O fornecimento de grandes quantidades de matérias-primas lipídicas mais ou menos sustentáveis ​​a um custo baixo o suficiente para resultar em uma queda na produção de biocombustíveis continua sendo um desafio que limita severamente a expansão desta plataforma de produção. E além disso, esta produção está competindo com o abastecimento de alimentos.

A biossíntese constitui uma solução barata e sustentável, onde a produção é baseada na conversão de biomassa celulósica - o recurso biológico natural renovável mais abundante disponível na Terra.

A síntese biológica de alcanos a partir de ácidos graxos não é nativa, via metabólica preferível para a levedura, no entanto, uma vez que os alcanos são tóxicos para suas células. Portanto, os pesquisadores usam enzimas com habilidades especiais para esse propósito e codificam os genes correspondentes nas células da levedura.

A nova descoberta é um possível avanço na biossíntese de combustíveis drop-in, já que os pesquisadores - pela primeira vez usando este processo - utilizaram o novo conhecimento para sintetizar combustíveis verdes em um nível que é relevante para a produção industrial futura:

"Estudos anteriores de engenharia metabólica teriam como objetivo maximizar a concentração de ácidos graxos livres nas células que estão sendo projetadas. Mas agora, com esta descoberta, sabemos que é o acil-CoA graxo que precisa ser maximizado. Esta é uma notícia importante para aplicações de biologia sintética, e agora podemos começar a maximizar o fluxo do acil-coA graxo nesta via metabólica projetada para alcançar títulos ainda mais elevados no futuro, "diz o professor associado Zheng Guo da Universidade de Aarhus.