Lieviti con il genoma modificato per trasformare scarti di mais in carburanti

26 Giu, 2021
News | Transizione ecologica

(30Science.com) – Roma, 26 giu. –  Grazie alla genetica si aprono le porte alla realizzazione su larga scala di biocarburanti prodotti dalle masse di scarto della produzione di mais. Negli Stati Uniti si coltiva più mais di qualsiasi altra coltura, ma viene usata solo una piccola parte della pianta per la produzione di cibo e carburante; una volta raccolti i chicchi, rimangono le foglie, gli steli e le pannocchie non commestibili. Se questa materia vegetale potesse essere fermentata in modo efficiente in etanolo come lo sono i chicchi di mais potrebbe essere una fonte di combustibile rinnovabile su larga scala.

Una fattoria nell’Iowa

Questa biomassa è prodotta in enormi quantità“, ha affermato Gerald Fink, membro del Whitehead Institute e professore di biologia del Massachusetts Institute of Technology (MIT). “Ma ci sono enormi sfide tecniche per usarla a basso costo per creare biocarburanti e altre sostanze chimiche importanti“. E così, anno dopo anno, la maggior parte di questo materiale viene lasciato a marcire nei campi.

Ora, un nuovo studio di Fink, del professore di ingegneria chimica del MIT Gregory Stephanopolous e del ricercatore post-dottorato del MIT Felix Lam offre un modo per sfruttare in modo più efficiente questa fonte di carburante sottoutilizzata. Per anni, l’industria dei biocarburanti ha fatto affidamento su microrganismi come il lievito per convertire gli zuccheri glucosio, fruttosio e saccarosio presenti nei chicchi di mais in etanolo, che viene poi miscelato con la benzina tradizionale per alimentare le nostre auto.

Anche la materia vegetale di scarto del mais è piena di zuccheri, sotto forma di una molecola chiamata cellulosa. Anche questi zuccheri possono essere convertiti in biocarburanti, ma è più difficile poiché le piante li trattengono saldamente, legando le molecole di cellulosa in catene e avvolgendole in molecole fibrose chiamate lignine. La rottura di questi involucri duri e lo smontaggio delle catene di zucchero si traduce in una miscela chimica difficile da digerire per i tradizionali microrganismi di fermentazione.

Per aiutare gli organismi, i lavoratori negli impianti di produzione di etanolo pretrattano il materiale ad alto contenuto di cellulosa con una soluzione acida per rompere queste molecole complesse in modo che il lievito possa fermentarle. Un effetto collaterale di questo trattamento, tuttavia, è la produzione di molecole chiamate aldeidi, che sono tossiche per i lieviti. Per affrontare il problema delle tossine, i ricercatori hanno deciso di convertire chimicamente queste aldeidi in forme alcoliche.

Il team ha iniziato a cercare geni specializzati nella conversione delle aldeidi in alcoli ed è arrivato a un gene chiamato GRE2. Hanno ottimizzato il gene per renderlo più efficiente attraverso un processo chiamato evoluzione diretta, quindi lo hanno introdotto nel lievito tipicamente utilizzato per la fermentazione dell’etanolo, il Saccharomyces cerevisiae. Quando le cellule di lievito con il gene GRE2 evoluto hanno incontrato le aldeidi, sono state in grado di convertirle in alcoli.

Gli alti livelli risultanti di etanolo e altri alcoli prodotti dalla cellulosa potrebbero aver rappresentato un problema in passato, ma a questo punto sono entrate in gioco le ricerche passate di Lam. Già in un un articolo del 2015 insieme a Stephanopoulos e Fink, avevano sviluppato un sistema per rendere il lievito più tollerante a un’ampia gamma di alcoli.

Combinando questo metodo con il loro lievito appena modificato, “abbiamo essenzialmente incanalato il problema dell’aldeide nel problema dell’alcol, su cui avevamo lavorato prima“, ha detto Lam. Quando hanno testato il sistema, i ricercatori sono stati in grado di produrre in modo efficiente etanolo e persino precursori di plastica dal materiale di risulta del mais. In futuro, i ricercatori sperano di utilizzare i lieviti con questi geni anti-tossine per creare diversi tipi di biocarburanti come il diesel (30science.com)

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