Sfruttare i batteri per produrre propano
L’ingegneria genetica di organismi fotosintetici acquatici per produrre grandi quantità di carburanti pronti da usare nei motori impiegati per il trasporto umano rappresenta un’opportunità entusiasmante. Essa consentirebbe una produzione a basso costo e ridotte emissioni di carburante per i motori attraverso un processo che non sottrae terreni all’agricoltura. Degli scienziati finanziati dall’UE hanno aperto la strada alla realizzazione di questo potenziale su scala commerciale nell’ambito del progetto DIRECTFUEL (Direct biological conversion of solar energy to volatile hydrocarbon fuels by engineered cyanobacteria). Il team si è concentrato sullo sviluppo di un processo di produzione biosintetico per il propano, un alcano a catena corta, nei cianobatteri. Questi organismi non producono in modo naturale queste molecole, ma le previsioni suggeriscono che delle strategie commercialmente fattibili potrebbero essere disponibili nel giro di 10 o 20 anni. Sfruttando una combinazione di scoperta, caratterizzazione a livello molecolare e ingegneria metabolica degli enzimi, DIRECTFUEL ha per la prima volta mostrato che la biosintesi microbica del propano è possibile su una piattaforma di Escherichia coli. E. coli è un comune batterio intestinale ben caratterizzato e molto usato come organismo modello. Esso possiede una struttura semplice ma conservata, cresce velocemente e può essere utilizzato facilmente in laboratorio. La capacità di utilizzare questa piattaforma per la produzione di propano da usare nel trasporto avrà una notevole importanza per il panorama energetico e per il cambiamento climatico. DIRECTFUEL ha sviluppato e caratterizzato le fasi biosintetiche consecutive catalizzate dall’enzima che convertono i naturali intermedi basati sul carbonio della fotosintesi nel prodotto bersaglio, ovvero il propano. Una grande attenzione è stata prestata all’ultima fase fondamentale che forma il prodotto alcano. I ricercatori sono riusciti a modificare il gene che codifica l’enzima catalitico di questa fase per uno sfruttamento più ampio dei substrati disponibili. I ricercatori hanno studiato gli effetti della nuova via biosintetica su metabolismo primario, crescita e possibilità di sopravvivenza del batterio E. coli e hanno anche sviluppato modelli del metabolismo dei cianobatteri. Un nuovo protocollo rende possibile per la prima volta lo screening su scala genomica per geni condizionatamente essenziali. Infine, sono stati sviluppati nuovi sistemi a fotobioreattore per produrre e quantificare i prodotti volatili bersaglio, sistemi che costituiscono il primo passo verso processi industriali su larga scala. Gli strumenti sperimentali e teorici sviluppati in DIRECTFUEL saranno molto preziosi per i continui sforzi della ricerca, segnando un importante contributo alla sostituzione su scala industriale della raffinazione petrolchimica con la produzione fotobiologica di propano.
Parole chiave
Batteri, propano, fotosintetico, combustibili, biosintetico, enzima
