Os padeiros fermentam a massa para um pão bem crescido. Os cervejeiros fermentam trigo e cevada para um copo de cerveja suave e maltado. E como os principais padeiros e cervejeiros da natureza, alguns micróbios podem fazer ainda mais. Certas espécies de bactérias fermentam dióxido de carbono (CO₂ ) para fazer seus próprios nutrientes de escolha, que podem ser aproveitados para ajudar a energizar nosso mundo.
Esta habilidade notável—fermentar CO₂ em energia química — não passa despercebido aos pesquisadores que estudam as reações químicas sutis e complexas nas bactérias.

Entre eles está o cientista do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL), Wei Xiong, que disse que as bactérias fermentadoras de gás oferecem lições sobre como transformar gases residuais como CO₂ em combustíveis sustentáveis.

"CO₂ remoção e conversão são de interesse mundial como CO₂ é o gás de efeito estufa mais importante na atmosfera. Caminhos para CO₂ fixação são um ponto crucial", explicou Xiong. "Temos um interesse especial em projetar novos CO₂ vias de fixação em bactérias para ajudá-los a sintetizar os principais precursores de biocombustíveis, por exemplo, acetil-CoA."

Acetil-CoA é o principal ingrediente para a fabricação de vários produtos químicos de combustível, incluindo ácidos graxos, butanol e isopropanol. E conforme detalhado em um artigo publicado na Nature Synthesis , Xiong e seus colegas mostraram como melhorar a produção do precursor de combustível usando um novo caminho em bactérias fermentadoras de gás.

Ao fazer isso, eles ampliam a possibilidade de usar métodos biológicos para capturar e converter CO₂ na escala industrial.

Contabilidade simples de carbono:C1 + C1 =C2

Naturalmente, a fermentação gasosa em bactérias segue uma série linear de reações, conhecidas pelos cientistas como a via Wood-Ljungdahl, em homenagem aos professores Harland G. Wood e Lars G. Ljungdahl, que a descobriram na década de 1980. Em termos simples, as enzimas tiram CO₂ de seu carbono usando a energia elétrica de hidrogênio ou gás monóxido de carbono nas proximidades. Eles então fixam dois desses átomos de carbono (C1) em uma molécula maior já presente na bactéria, chamada coenzima A (CoA). Ao anexar duas alças de carbono (C2) a essa molécula auxiliar, elas se tornam mais facilmente acessíveis para outras reações.

O resultado final? Acetil-CoA, uma molécula mais densa em energia e carbono que suporta o crescimento da bactéria – e um precursor útil para a produção de biocombustíveis valiosos e amigos do clima.

Apesar de sua inteligência, porém, o caminho Wood-Ljungdahl por si só pode não ser suficiente para uso industrial. E sua matemática aparentemente simples (C1 + C1 =C2) é a consequência de um número vertiginoso de reações químicas.

"A engenharia desse caminho para melhorar a eficiência é um desafio devido à complexidade das enzimas", explicou Xiong.

Para evitar a melhoria direta da via Wood-Ljungdahl, os cientistas começaram a conceituar uma via completamente nova para a produção de acetil-CoA. Usando um modelo de computador desenvolvido pelo NREL chamado PathParser - e ferramentas genéticas de última geração - a equipe inventou um novo CO₂ -via de fixação em uma espécie de bactéria fermentadora de gás chamada Clostridium ljungdahlii.

No final, a matemática funciona da mesma forma:C1 + C1 =C2.

Mas para chegar lá, ele incorpora um par de reações paralelas:uma bicicleta fixadora de carbono com duas rodas trabalhando juntas para capturar CO₂ , transformá-lo usando uma série de engrenagens químicas e redirecioná-lo para impulsionar a geração de acetil-CoA (ilustrado na figura acima). Se adicionado a bactérias fermentadoras de gás, a via poderia complementar a via Wood-Ljungdahl para produzir acetil-CoA de forma mais eficiente.

Podemos fermentar nosso caminho para a neutralidade de carbono?

Não há escassez de gases residuais hoje e provavelmente no futuro. Milhões de toneladas de CO₂ são lançados todos os anos pela indústria pesada – um subproduto do refino de biocombustíveis, fabricação de aço ou mistura de concreto. Os cientistas estão explorando tecnologias para capturar e armazenar – melhor ainda usando – CO₂ bem antes de atingir a atmosfera.

"No contexto do aquecimento global e das mudanças climáticas, os cientistas buscam novas soluções do metabolismo microbiano para a conversão de CO₂ a combustíveis e produtos químicos", disse Xiong. "As bactérias que fermentam o gás realmente fixam o CO₂ e representam uma forma negativa de carbono para atender às nossas demandas energéticas e ambientais."

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