Nuevo nanobiorreactor diseñado para mejorar la producción de bioenergía sostenible

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Investigadores de la Universidad de Liverpool han abierto nuevas posibilidades para el desarrollo futuro de bioenergía limpia y sostenible.

Desarrollo de nanobiorreactor para el futuro de la bioenergía sostenible

El estudio, publicado en Nature Communications, muestra cómo las ‘jaulas’ de proteínas bacterianas se pueden reprogramar como biorreactores a nanoescala para la producción de hidrógeno.

El carboxisoma es un orgánulo bacteriano especializado que encapsula la enzima Rubisco, que fija el CO2 esencial, en una capa de proteína similar a un virus. La arquitectura de diseño natural, la semipermeabilidad y la mejora catalítica de los carboxisomas han inspirado el diseño racional y la ingeniería de nuevos nanomateriales para incorporar diferentes enzimas en la carcasa para un mejor rendimiento catalítico.

El primer paso del estudio involucró a investigadores que instalan elementos genéticos específicos en la bacteria industrial E. coli para producir conchas carboxisomas vacías. Además, identificaron un pequeño “enlazador”, llamado péptido de encapsulación, capaz de dirigir proteínas externas hacia la capa.

El desarrollo del biorreactor

El carácter extremadamente sensible al oxígeno de las hidrogenasas (enzimas que catalizan la generación y conversión de hidrógeno) es un problema de larga data para la producción de hidrógeno en bacterias, por lo que el equipo desarrolló métodos para incorporar hidrogenasas catalíticamente activas en la cáscara vacía.

El profesor líder del proyecto Luning Liu, profesor de bioenergética y bioingeniería microbiana en el Instituto de sistemas, biología molecular e integrativa, dijo: “Nuestro biorreactor de nuevo diseño es ideal para enzimas sensibles al oxígeno, y marca un paso importante hacia la capacidad de desarrollar y producir una bio-fábrica para la producción de hidrógeno“.

 

Materials Innovation Factory (MIF) at the University

Los siguientes pasos

En colaboración con el profesor Andy Cooper en la Fábrica de Innovación de Materiales (MIF) de la Universidad, los investigadores luego probaron las actividades de producción de hidrógeno de las células bacterianas y los nanobiorreactores bioquímicamente aislados. El nanobiorreactor logró una mejora de ~ 550% en la eficiencia de producción de hidrógeno y una mayor tolerancia al oxígeno en contraste con las enzimas sin encapsulación de la cáscara.

“El siguiente paso de nuestra investigación es responder cómo podemos estabilizar aún más el sistema de encapsulación y mejorar los rendimientos”, dijo el profesor Liu. “También estamos entusiasmados de que esta plataforma técnica nos abra la puerta, en estudios futuros, para crear una gama diversa de fábricas sintéticas para encapsular varias enzimas y moléculas para funciones personalizadas”.

El primer autor, el estudiante de doctorado Tianpei Li, dijo: “Debido al cambio climático, hay una necesidad urgente de reducir la emisión de dióxido de carbono de la quema de combustibles fósiles”.

“Nuestro estudio prepara el camino para la ingeniería de nanorreactores basados en carcasas carboxísticas para reclutar enzimas específicas y abre la puerta a nuevas posibilidades para desarrollar una bioenergía sostenible y limpia”, agregó Tianpei Li. Fuente: worldenergytrade.com