Aprovechando bacterias para la producción de etanol a partir de gases de desecho

Las emisiones de gases de efecto invernadero, especialmente el dióxido de carbono (CO2), son una de las principales causas del calentamiento global. Para evitar que la temperatura promedio suba más de 2°C en comparación con los niveles preindustriales, necesitamos soluciones efectivas para reducir estas emisiones. Una posible estrategia es usar tecnologías que capturen y almacenen carbono o conviertan los gases de desecho en productos útiles.

#Fermentación de Syngas

Un método interesante se llama fermentación de syngas, donde ciertas bacterias pueden tomar gases de desecho y convertirlos en productos valiosos, como Etanol. Estrains específicas de bacterias, como Clostridium ljungdahlii y Clostridium autoethanogenum, son especialmente buenas en este proceso. Estas bacterias usan una vía conocida como la vía Wood-Ljungdahl, que les permite convertir hidrógeno (H2), dióxido de carbono (CO2) y monóxido de carbono (CO) en un compuesto intermedio importante llamado acetil-CoA. Este compuesto se puede convertir luego en diferentes productos, incluido el etanol.

#El Papel de las Enzimas AOR

En el proceso de fermentación, una enzima llamada aldehído:ferredoxina oxidoreductasa (AOR) es crucial. AOR ayuda a las bacterias a crecer y producir etanol. Tanto Clostridium ljungdahlii como Clostridium autoethanogenum tienen varios tipos de AOR, algunos que dependen de tungsteno y uno que depende de molibdeno. Los investigadores han alterado previamente los genes responsables de AOR en estas bacterias para ver cómo afecta su crecimiento y producción de diferentes compuestos.

#Modificaciones Genéticas y Sus Efectos

En Clostridium ljungdahlii, los investigadores encontraron que cambiar los genes aor1 y aor2 afectó cuánto ácido acético y etanol producían las bacterias al alimentarlas con diferentes gases. Por ejemplo, cuando se dañó el gen aor1, las bacterias todavía produjeron etanol, pero cuando se dañó el gen aor2, la producción de etanol se detuvo por completo. En cambio, para Clostridium autoethanogenum, eliminar los genes aor1 y aor2 tuvo efectos variados en la producción de etanol.

Estos experimentos mostraron que el papel de AOR en el proceso de fermentación es complejo y que diferentes bacterias pueden reaccionar de manera diferente a los cambios en sus genes.

#Crecimiento y Producción con Diferentes Sustratos

Para investigar más el papel de AOR, los investigadores alimentaron a Clostridium ljungdahlii con diferentes fuentes de carbono: fructosa, una mezcla de hidrógeno y dióxido de carbono (H2/CO2), y monóxido de carbono (CO). Al usar fructosa, las bacterias produjeron tanto ácido acético como etanol, pero la cepa con el gen aor2 eliminado tuvo problemas para consumir toda la fructosa y produjo menos de ambos productos en comparación con otras cepas.

Con H2/CO2, todas las cepas crecieron, pero la cepa tipo salvaje consumió todo el CO2 disponible, mientras que las cepas con genes aor eliminados tuvieron CO2 sobrante al final. La producción de ácido acético para estas cepas fue menor que para la cepa tipo salvaje, pero la cepa con el gen aor1 eliminado produjo significativamente más etanol.

Cuando los investigadores cambiaron a usar CO como fuente de carbono, notaron diferentes patrones en crecimiento y producción. Todas las cepas tuvieron largos periodos de adaptación antes de comenzar a crecer, y ninguna consumió completamente el CO. La cepa tipo salvaje produjo los niveles más altos de ácido acético, pero en un caso, la producción de etanol fue más alta a pesar de las fluctuaciones en los niveles de pH.

#El Impacto del pH y la Producción de Etanol

Los niveles de pH durante la fermentación también mostraron patrones interesantes. Mientras que algunas cepas tuvieron niveles de pH estables durante todo el experimento, otras fluctuaron, lo que impactó su habilidad para producir varios productos. La cepa con ambos genes aor eliminados mostró algunos resultados prometedores, con una producción sustancial de etanol.

En general, los experimentos destacaron cómo diferentes fuentes de carbono y cambios genéticos afectaron la eficiencia de producción de etanol en Clostridium ljungdahlii. La investigación plantea preguntas sobre los roles exactos de las diversas enzimas AOR y cómo se pueden manipular para mejores tasas de producción.

#Direcciones Futuras para la Producción de Etanol

Entender las funciones específicas de las enzimas AOR podría llevar a métodos mejorados para producir etanol a partir de gases de desecho. Dado que estas bacterias pueden utilizar diferentes fuentes de carbono, hay potencial para usar una gama más amplia de materiales de desecho para la fermentación.

Los estudios futuros deberían profundizar en los mecanismos regulatorios dentro de Clostridium ljungdahlii, especialmente cómo estas bacterias manejan sus vías metabólicas bajo diferentes condiciones. Al aprender más sobre las relaciones entre genes, enzimas y resultados de producción, los científicos pueden desarrollar mejores estrategias para mejorar la producción de biocombustibles y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.

#Conclusión

La investigación sobre la capacidad de Clostridium ljungdahlii para fermentar gases de desecho en etanol presenta una vía prometedora tanto para la producción de energía como para la protección del medio ambiente. Al centrarnos en las modificaciones genéticas y entender los roles de enzimas específicas, podemos avanzar en la creación de métodos sostenibles para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y producir biocombustibles valiosos. La interacción entre diferentes genes, vías metabólicas y condiciones ambientales será crucial para optimizar los procesos de producción de etanol en el futuro.