Micróbio mutante pode produzir combustível neutro em carbono, diz cientistas

Cientistas modificaram um micróbio para que ele possa produzir um biocombustível usando apenas três ingredientes de fontes renováveis e naturalmente abundantes: dióxido de carbono, eletricidade gerada por painel solar e luz.

O micróbio, denominado Rhodopseudomonas palustris TIE-1 (TIE-1), produziu um biocombustível, o n-butanol, que é uma alternativa de combustível autenticamente neutra em carbono que pode ser usada em misturas com diesel ou gasolina.

“Os microrganismos desenvolveram uma série de técnicas desconcertantes para obter nutrientes de seus ambientes circundantes”, diz Arpita Bose, professor associado de biologia da Universidade de Washington e principal autor do artigo na Biologia das Comunicações.

“Talvez uma das mais fascinantes dessas técnicas de alimentação seja a eletrossíntese microbiana (MES). Aqui, aproveitamos o poder dos micróbios para converter dióxido de carbono em compostos multicarbonatos de valor agregado em um biocombustível utilizável. ”

“O combustível que fabricamos, o n-butanol, tem alto conteúdo de energia e baixa tendência a vaporizar ou se dissolver na água sem combustão”, diz o primeiro autor Wei Bai, PhD graduado pelo departamento de energia, meio ambiente e engenharia química da McKelvey Engineering que trabalhou como assistente de pesquisa no laboratório Bose de 2015-2020. “Isso é especialmente verdadeiro quando comparado com o etanol, que é um biocombustível comumente usado.”

Micróbios que se alimentam por meio da eletrossíntese microbiana se ligam diretamente a um cátodo carregado negativamente dentro do reator MES para que possam “comer” eletricidade. Pesquisas anteriores do laboratório Bose ajudaram a iluminar como micróbios como o TIE-1 usam elétrons para fixar dióxido de carbono e também como eles podem ser usados ​​para criar bioplásticos sustentáveis.

À medida que os cientistas aprendem mais sobre esses micróbios, seus usos potenciais são cada vez mais promissores, diz Bose, embora reconheça que melhorias são necessárias antes que as técnicas possam ser implementadas em escalas industriais.

Outros pesquisadores já exploraram o uso de micróbios como as cianobactérias para produzir biocombustíveis sustentáveis. No entanto, esses tipos de organismos produzem oxigênio durante a fotossíntese, o que tende a limitar sua eficiência na síntese de biocombustíveis, pois muitas das enzimas envolvidas nas vias biossintéticas são sensíveis ao oxigênio.

Para explorar como o TIE-1 poderia ser explorado para produzir biocombustível, Bai e Bose construíram uma forma mutante do micróbio que não conseguia fixar o nitrogênio. Os cientistas então introduziram uma via artificial de biossíntese de n-butanol neste novo mutante.

A forma do micróbio que eles construíram foi incapaz de crescer quando o gás nitrogênio era sua única fonte de nitrogênio. Então, em vez disso, esta versão do TIE-1 canalizou seus esforços para a produção de n-butanol – aumentando sua produção de biocombustível sem aumentar o consumo de eletricidade significativamente.

“Até onde sabemos, este estudo representa a primeira tentativa de produção de biocombustível usando uma plataforma de eletrossíntese microbiana movida a painel solar, onde o dióxido de carbono é diretamente convertido em combustível líquido”, diz Bai. “Esperamos que possa ser um trampolim para a produção de combustível solar sustentável no futuro.”

“A fabricação em escala industrial de bioplásticos e biocombustíveis usando eletrossíntese microbiana pode ser alcançada usando a eletricidade produzida por painéis solares, criando um ciclo totalmente sustentável”, diz Bose.

“Os Estados Unidos e a União Europeia reconhecem a eletrossíntese microbiana como uma tecnologia-chave para soluções de sustentabilidade e mudanças climáticas”, diz Bose. “Em última análise, ao explorar um metabolismo microbiano que evoluiu em um passado distante, esperamos que novos métodos surjam para ajudar a resolver alguns dos problemas mais urgentes de nosso tempo.”

Fundação David e Lucile Packard; o Departamento de Energia; o Departamento de Defesa, Escritório de Pesquisa do Exército; Fundação Gordon e Betty Moore; a National Science Foundation; Laboratório Nacional Lawrence Livermore; DEPSCoR; e o Centro Internacional de Energia, Meio Ambiente e Sustentabilidade da Universidade de Washington financiou o trabalho.

Fonte: Washington University em St. Louis

Estudo Original: DOI: 10.1038/s42003-021-02781-z