As instalações de células microbianas têm o potencial de diminuir a dependência de combustíveis fósseis, convertendo resíduos em produtos químicos úteis.
A forma como os combustíveis fósseis contribuem para as alterações climáticas é agora bem compreendida: a queima de hidrocarbonetos liberta dióxido de carbono (CO 2 ), que se acumula na atmosfera e causa o aquecimento global.
O desafio agora é reduzir a nossa dependência dos combustíveis fósseis ou mesmo inverter o processo e transformar o CO 2 novamente em hidrocarbonetos úteis. No Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST), em Daejeon, Coreia do Sul, os investigadores estão utilizando micróbios para fazer exatamente isso.
“Nós precisamos afastar-nos destes combustíveis fósseis como fonte de produtos químicos. Em vez disso, precisamos de utilizar biomassa renovável, especialmente fontes não comestíveis, como resíduos agrícolas ou alimentares, ou mesmo o próprio CO 2 . Esses subprodutos podem ser convertidos em combustíveis e produtos químicos úteis”, diz Sang Yup Lee, um distinto professor do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular do KAIST.
Como pioneiros na área de engenharia metabólica de sistemas (EMS), os parceiros de Lee estão combinando a abordagem tradicional de engenharia metabólica com as ferramentas e estratégias da biologia de sistemas, biologia sintética e engenharia evolutiva em busca de soluções. Por exemplo, a equipe conciliou com sucesso a conversão eletrolítica de CO 2 em outra substância, com a fermentação microbiana pela bactéria Cupriavidus necator para produzir produtos de hidrocarbonetos úteis, como o polímero biodegradável, poli-3-hidroxibutirato.
Outros microrganismos possuem a capacidade de modificar diretamente compostos, incorporando um único átomo de carbono para converter em hidrocarbonetos mais complexos. Por exemplo, Eubacterium limosum é um acetogênio, um microrganismo que tem a capacidade de converter monóxido de carbono (CO) ou CO 2 em acetato por meio de uma via metabólica única na qual a acetil coenzima A (acetil-CoA) é um intermediário. Contudo, mesmo para os acetógenos, o CO atrasa o crescimento, isso explica que sua tolerância a ele precisa ser aumentada.
Evolução no laboratório
Ao cultivar E. limosum em concentrações cada vez mais altas de CO durante quase 400 gerações, os pesquisadores liderados por Byung-Kwan Cho, professor do Departamento de Ciências Biológicas da KAIST, conseguiram produzir uma cepa bacteriana adaptada a altos níveis dele.
O realinhamento total do código genético indicou que a alteração relacionada ao aumento da tolerância estava localizada na acetil-CoA sintase, uma componente do complexo enzimático CO desidrogenase/acetil-CoA sintase.
Usando esse conhecimento, Cho e a equipe introduziram uma via de biossíntese artificial para produzir 2,3-butanodiol (2,3-BDO) na cepa tolerante ao CO. Isto resultou na rápida conversão de CO em 2,3-BDO, uma molécula de quatro carbonos.
Tal abordagem poderia ser usada para induzir mutações semelhantes em outras bactérias acetogênicas e introduzir outras vias sintéticas para produzir uma série de produtos químicos, diz Cho.
“Agora podemos utilizar gases residuais nocivos para produzir produtos químicos que antes só podiam ser obtidos a partir do petróleo”, acrescenta. “Como a via é verdadeiramente artificial, não é regulada por vias regulatórias intrínsecas ou originais dentro da bactéria, o que significa que podemos prever totalmente como funciona.”
Agora que estes micróbios úteis foram encontrados, o próximo desafio é transformar experiências à escala laboratorial em fábricas à escala industrial. “As restrições são semelhantes a qualquer processo de aumento de escala, como mistura de transferência de gás e troca de calor, e variam entre diferentes sistemas de produção”, diz Lee.
“Não podemos mais depender de recursos fósseis”, continua ele. “Temos que estabelecer sistemas sustentáveis para o futuro.”
