Bactérias geneticamente modificadas podem converter glicose em um ácido graxo, que pode então ser transformado em hidrocarbonetos chamados olefinas. Para cultivar essas bactérias, os cientistas adicionam os micróbios a frascos cheios de nutrientes (o caldo amarelo) e os agitam em uma incubadora para estimular o fluxo de oxigênio, conforme ilustrado aqui. Crédito:Douglas Levere / University at Buffalo
Parece alquimia moderna:transformar açúcar em hidrocarbonetos encontrados na gasolina.
Mas isso é exatamente o que os cientistas fizeram.
Em um próximo estudo em
Nature Chemistry , os pesquisadores relatam aproveitar as maravilhas da biologia e da química para transformar glicose (um tipo de açúcar) em olefinas (um tipo de hidrocarboneto e um dos vários tipos de moléculas que compõem a gasolina).
O projeto foi liderado pelos bioquímicos Zhen Q. Wang, da Universidade de Buffalo, e Michelle C. Y. Chang, da Universidade da Califórnia, em Berkeley.
O artigo, que será publicado em 22 de novembro, marca um avanço nos esforços para criar biocombustíveis sustentáveis.
As olefinas compreendem uma pequena porcentagem das moléculas da gasolina como é produzida atualmente, mas o processo que a equipe desenvolveu provavelmente pode ser ajustado no futuro para gerar também outros tipos de hidrocarbonetos, incluindo alguns dos outros componentes da gasolina, diz Wang. Ela também observa que as olefinas têm aplicações não combustíveis, pois são usadas em lubrificantes industriais e como precursores para a fabricação de plásticos.
Um processo de duas etapas usando micróbios que comem açúcar e um catalisador Para completar o estudo, os pesquisadores começaram fornecendo glicose a cepas de
E. coli que não representam um perigo para a saúde humana.
Zhen Wang, professor assistente de ciências biológicas da Universidade de Buffalo, é especialista em biologia sintética. Crédito:Douglas Levere / University at Buffalo
"Esses micróbios são viciados em açúcar, ainda piores que nossos filhos", brinca Wang.
O
E. coli nos experimentos foram geneticamente modificados para produzir um conjunto de quatro enzimas que convertem glicose em compostos chamados ácidos graxos 3-hidroxi. À medida que as bactérias consumiam a glicose, elas também começaram a produzir os ácidos graxos.
Para completar a transformação, a equipe usou um catalisador chamado pentóxido de nióbio (Nb2O5) para cortar partes indesejadas dos ácidos graxos em um processo químico, gerando o produto final:as olefinas.
Os cientistas identificaram as enzimas e o catalisador por tentativa e erro, testando diferentes moléculas com propriedades que se prestavam às tarefas em questão.
"Combinamos o que a biologia pode fazer de melhor com o que a química pode fazer de melhor e os juntamos para criar esse processo de duas etapas", diz Wang, Ph.D., professor assistente de ciências biológicas na UB College of Artes e Ciências. "Usando esse método, conseguimos fazer olefinas diretamente da glicose."
-
Uma cepa de E. coli que não coloca em risco a saúde humana cresce em um frasco cheio de nutrientes (o caldo amarelo). Em um estudo, os cientistas projetaram geneticamente essa E. coli para converter a glicose em uma classe de ácidos graxos, que a equipe então transformou em um hidrocarboneto chamado olefina. Crédito:Douglas Levere / University at Buffalo
-
Uma cepa de E. coli que não coloca em risco a saúde humana cresce em um frasco cheio de nutrientes (o caldo amarelo). Em um estudo, os cientistas projetaram geneticamente essa E. coli para converter a glicose em uma classe de ácidos graxos, que a equipe então transformou em um hidrocarboneto chamado olefina. Crédito:Douglas Levere / University at Buffalo
A glicose vem da fotossíntese, que extrai CO2 fora do ar "Fazer biocombustíveis a partir de recursos renováveis como a glicose tem um grande potencial para o avanço da tecnologia de energia verde", diz Wang.
"A glicose é produzida pelas plantas através da fotossíntese, que transforma o dióxido de carbono (CO
2 ) e água em oxigênio e açúcar. Portanto, o carbono na glicose - e depois nas olefinas - é na verdade do dióxido de carbono que foi retirado da atmosfera", explica Wang.
Mais pesquisas são necessárias, no entanto, para entender os benefícios do novo método e se ele pode ser ampliado de forma eficiente para a produção de biocombustíveis ou para outros fins. Uma das primeiras questões a serem respondidas é quanto de energia consome o processo de produção das olefinas; se o custo da energia for muito alto, a tecnologia precisaria ser otimizada para ser prática em escala industrial.
-
Zhen Wang, professor assistente de ciências biológicas da Universidade de Buffalo, é especialista em biologia sintética. Crédito:Douglas Levere / University at Buffalo
-
Zhen Wang, professor assistente de ciências biológicas da Universidade de Buffalo, segura um frasco contendo uma cepa de E. coli que não coloca em risco a saúde humana. Wang e seus colegas mostraram que a E. coli geneticamente modificada pode converter glicose em uma classe de ácidos graxos, que podem então ser transformados em hidrocarbonetos chamados olefinas. Crédito:Douglas Levere / University at Buffalo
Os cientistas também estão interessados em aumentar o rendimento. Atualmente, são necessárias 100 moléculas de glicose para produzir cerca de 8 moléculas de olefinas, diz Wang. Ela gostaria de melhorar essa proporção, com foco em persuadir o
E. coli para produzir mais ácidos graxos 3-hidroxi para cada grama de glicose consumida.
Coautores do estudo em
Nature Chemistry incluem Wang; Chang; Heng Song, Ph.D., na UC Berkeley e na Universidade de Wuhan, na China; Edward J. Koleski, Noritaka Hara, Ph.D., e Yejin Min na UC Berkeley; Dae Sung Park, Ph.D., Gaurav Kumar, Ph.D., e Paul J. Dauenhauer, Ph.D., na Universidade de Minnesota (Park está agora no Korea Research Institute of Chemical Technology).
