Agricultura Ciencia y Tecnología Estados Unidos

Suministro de componentes básicos de biomaterial de origen sostenible a partir de materias primas vegetales

Suministro de bloques de construcción de biomateriales de origen sostenible a partir de materias primas vegetales
Crédito: Instituto Conjunto de BioEnergía

Un desafío en la producción de bioproductos (productos químicos y materiales hechos de organismos vivos) es el suministro de grandes cantidades de componentes básicos baratos y de origen sostenible a partir de los cuales se pueden fabricar estos productos. 


por Adam Chazin-Gray, Instituto Conjunto de BioEnergía


El Instituto Conjunto de Bioenergía (JBEI) está abordando este desafío mediante el desarrollo de métodos sostenibles para producir estos componentes básicos de bioproductos. Más recientemente, los científicos de JBEI en la División de Materias Primas descubrieron cómo producir grandes cantidades de un componente prometedor, el ácido 2-pirona-4,6-dicarboxílico (PDC), en plantas.

El PDC no es producido normalmente por plantas como la utilizada en este estudio, Arabidopsis thaliana. Más bien, el PDC se sintetiza típicamente en la naturaleza por bacterias del suelo que degradan un componente de las plantas llamado lignina (un componente vegetal resistente y difícil de utilizar). El investigador principal de este proyecto, el Dr. Aymerick Eudes, explicó que su equipo «introdujo con éxito una capacidad novedosa en las plantas para convertir los precursores de la lignina en PDC». Específicamente, el equipo del Dr. Eudes diseñó plantas de A. thaliana para producir enzimas, que provienen de bacterias del suelo (Corynebacterium glutamicum y Comamonas testosteroni), que pueden convertir la lignina en PDC.

La acumulación de plásticos no biodegradables se ha convertido en un gran problema medioambiental. El Departamento de Energía (DOE) ha lanzado recientemente el Reto de Innovación de Plásticos para reducir drásticamente los desechos plásticos para 2030. El PDC es un bioproducto atractivo que se puede convertir en varios productos de consumo, incluidos los plásticos biodegradables, lo que ayuda a abordar el problema de los desechos plásticos. Históricamente, no ha habido una forma sostenible de producir PDC, hasta que recientemente se diseñaron bacterias para sintetizarlo.

En este estudio, los investigadores diseñaron la primera ruta de producción basada en plantas para PDC. Ser pionero en la producción de PDC en plantas permitirá producir bioplásticos de forma más económica y sostenible. Específicamente, para el crecimiento, estas plantas de ingeniería utilizan recursos libres y «verdes», dióxido de carbono atmosférico y energía solar, mientras sintetizan PDC.

Los métodos actuales de producción de plástico utilizan combustibles fósiles como el petróleo y dan como resultado plásticos no biodegradables que con frecuencia no se reciclan y pueden acumularse y dañar los entornos naturales. Este nuevo método de producción de PDC ayudará a los bioplásticos ecológicos (que son biodegradables y de origen renovable) a competir con los plásticos tradicionales al reducir el costo de producción.

En este estudio, los investigadores diseñaron genéticamente una planta para producir PDC, un prometedor bloque de construcción de bioproductos. La producción de PDC en la planta de A. thaliana modificada no tuvo un impacto negativo en su crecimiento y redujo significativamente la cantidad de lignina presente en la planta. Es probable que esto se deba al hecho de que el proceso de producción de PDC desvía recursos de la formación de lignina. En el contexto del cultivo de plantas para su uso en la producción de biocombustibles, esta disminución del contenido de lignina es realmente beneficiosa. Específicamente, reducir la cantidad de lignina en las plantas permite que las enzimas descompongan de manera más eficiente un componente de las plantas llamado celulosa (una fibra resistente hecha de cadenas de azúcares) en azúcares valiosos, que los microbios pueden consumir para producir biocombustibles.

El Dr. Chien-Yuan Lin, científico del proyecto en JBEI y primer autor del estudio, señala que se trata de una estrategia «única en la que todos ganan» para promover la producción de biocombustibles y bioproductos a partir de plantas. La tecnología de producción de PDC desarrollada en JBEI ha el potencial de ser transferido de A. thaliana (una especie de planta que comúnmente no se cultiva fuera de los laboratorios) a cultivos bioenergéticos y podría mejorar la viabilidad económica y la sostenibilidad de la producción de bioplásticos y biocombustibles «en estos cultivos. De hecho, el Dr. Lin dijo que «los hallazgos de este estudio nos han motivado a investigar el efecto de la producción de PDC en el sorgo modificado, un atractivo cultivo bioenergético promovido por el DOE». El Dr. Lin dijo que esperaba con interés determinar si el sorgo productor de PDC presentaba «los mismos rasgos beneficiosos».



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