Fotomicrografia de células do extor-quens AM1 de bacte-rium Gram-negativo Methylorubrum. Crédito:Fraunhofer-Gesellschaft
O dióxido de carbono é um dos principais motores das mudanças climáticas - o que significa que precisamos reduzir o CO 2 emissões no futuro. Os pesquisadores da Fraunhofer destacam uma possível maneira de reduzir essas emissões:eles usam o gás de efeito estufa como matéria-prima, por exemplo, para produzir plásticos. Para fazer isso, eles primeiro produzem metanol e ácido fórmico a partir de CO 2 , que eles convertem por meio de microrganismos em blocos de construção para polímeros e semelhantes.
À medida que as matérias-primas fósseis são queimadas, CO 2 é lançado no ar. Até aqui, o CO 2 a concentração na atmosfera terrestre já aumentou para cerca de 400 partes por milhão (ppm), equivalente a 0,04%. Em comparação:até meados do século 19, este valor ainda estava na faixa de 280 ppm. O aumento do nível de dióxido de carbono tem um impacto significativo no clima. Desde 1º de janeiro, 2021, CO 2 emissões da combustão de combustíveis fósseis foram, portanto, sujeitas a preços de carbono - o que significa que as empresas de manufatura têm que pagar por seu CO 2 emissões. Como resultado, um grande número de empresas está em busca de novas soluções. Como podem os custos associados ao CO 2 o preço das emissões deve ser reduzido? Como pode CO 2 as emissões sejam reduzidas por meio de processos biointeligentes?
Química catalítica e biotecnologia - uma combinação vencedora
Os pesquisadores estão atualmente desenvolvendo abordagens para isso nos projetos EVOBIO e ShaPID no Instituto Fraunhofer de Engenharia Interfacial e Biotecnologia IGB. Eles estão trabalhando em ambos os projetos em colaboração com vários Institutos Fraunhofer. “Usamos o CO 2 como matéria-prima, "diz o Dr. Jonathan Fabarius, Cientista Sênior Biocatalisadores da Fraunhofer IGB. "Estamos buscando duas abordagens:primeiro, catálise química heterogênea, pelo qual convertemos o CO 2 com um catalisador para metanol. Segundo, eletroquímica, pelo qual produzimos ácido fórmico a partir de CO 2 . "No entanto, a característica única não reside neste CO 2 à base de metanol e produção de ácido fórmico sozinho, mas em sua combinação com a biotecnologia, mais especificamente com fermentações por microrganismos. Para ser mais simples:os pesquisadores primeiro pegam o produto residual CO 2 , que é prejudicial ao clima, para produzir metanol e ácido fórmico. Por sua vez, eles usam esses compostos para "alimentar" microorganismos que produzem mais produtos a partir deles. Um exemplo desse tipo de produto são os ácidos orgânicos, que são usados como blocos de construção para polímeros - uma forma de produzir CO 2 à base de plásticos. Este método também pode ser usado para produzir aminoácidos, por exemplo, como suplementos alimentares ou ração animal.
A nova abordagem oferece uma série de vantagens. "Podemos criar produtos totalmente novos, e também melhorar o CO 2 pegada de produtos tradicionais, "Fabarius especifica. Embora os processos químicos convencionais exijam muita energia e, às vezes, solventes tóxicos, produtos podem ser produzidos com microorganismos em condições mais suaves e com maior eficiência energética - afinal, os micróbios crescem em soluções aquosas mais ecológicas.
Esfregaço de separação para isolamento de colônias únicas de M. extorquens AM1 em uma placa de meio mínimo de ágar contendo metanol. Crédito:Fraunhofer-Gesellschaft
Visão detalhada de um biorreator para o cultivo de grandes quantidades de biomassa de M. extorquens AM1. Crédito:Fraunhofer-Gesellschaft
Corante isolado de cultivos em biorreator de M. extorquens AM1 em metanol como substrato ou em ácido fórmico (formato) como substrato. Crédito:Fraunhofer-Gesellschaft
A engenharia metabólica torna isso possível
A equipe de pesquisa usa bactérias metilotróficas nativas, ou seja, aqueles que metabolizam naturalmente o metanol, e leveduras que não podem realmente metabolizar o metanol. Os pesquisadores também observam constantemente se novos organismos interessantes são descobertos e verificam sua adequação como "fábricas de células". Mas como esses microorganismos realmente fazem os produtos? E como podemos influenciar o que eles produzem? "Em princípio, usamos o metabolismo do microorganismo para controlar a fabricação do produto, "explica Fabarius." Para fazer isso, introduzimos genes nos micróbios que fornecem o projeto para certas enzimas. Isso também é conhecido como engenharia metabólica. "As enzimas que são subsequentemente produzidas no microrganismo catalisam a produção de um produto específico, por sua vez. Em contraste, os pesquisadores desligam especificamente genes que poderiam influenciar negativamente essa produção. "Ao variar os genes que são introduzidos, podemos produzir uma ampla gama de produtos, "Fabarius diz.
A equipe de pesquisa está trabalhando em toda a cadeia produtiva:começando pelos microrganismos, seguido pelas modificações genéticas e aumento da produção. Embora alguns processos de fabricação ainda estejam em fase de laboratório, outros produtos já estão sendo produzidos em biorreatores com capacidade para dez litros. Quanto à aplicação industrial de tais processos, A Fabarius prevê sua implementação a médio e longo prazo. Dez anos é um horizonte de tempo realista, ele diz. Contudo, A pressão sobre a indústria para estabelecer novos processos está aumentando.
