Debido al creciente efecto de las emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera, los investigadores han intentado desarrollar métodos novedosos para capturar, aislar y utilizar el CO2. Se han centrado en la fijación biológica de carbono para reciclar CO2, que reemplaza las fuentes de petróleo en forma de materia prima para la síntesis química. Las fluctuaciones a largo plazo en los patrones climáticos y las temperaturas, principalmente debido a las actividades humanas, como la quema de combustibles fósiles que liberan gases que atrapan el calor, conducen al cambio climático. Una variedad de organismos vivos ha evolucionado para usar el CO ambiental2 como fuente principal de carbono para el crecimiento y otros procesos biológicos. Los científicos han identificado la emergencia climática en todo el mundo, que requiere una acción urgente para reducir o prevenir el cambio climático y evitar posibles daños irreversibles al medio ambiente.
Recientemente, Kershanthen Thevasundaram y su equipo desarrollaron un microorganismo que sintetiza de manera efectiva bioplásticos sostenibles (materiales plásticos generados a partir de fuentes de biomasa renovables, que incluyen almidón de maíz, paja, grasas y aceites vegetales, aserrín, astillas de madera y desechos de alimentos reciclados) a partir de CO2. Estos microbios se clasifican como Arqueas metanogénicas, que han sido identificados como organismos que tienen potencial para la fijación biológica de carbono. Desafortunadamente, su integración en aplicaciones industriales ha sido un desafío.
Según esta publicación reciente en Proceedings of the National Academy of Sciences, el equipo de investigación desarrolló una cepa (tipo) específica de Methanococcus maripaludisun metanógeno, que tiene la propiedad de sintetizar cantidades sustanciales de monómeros (una molécula que se une a otra molécula para formar polímeros grandes) y bioplásticos a partir de hidrógeno y CO2 gas. El equipo analizó un conjunto de transcritos de ARN y proteínas, y utilizó modelos metabólicos para caracterizar el metabolismo del metanógeno.
Según sus resultados, la disponibilidad limitada de nicotinamida adenina dinucleótido hidrógeno (NADH), la enzima metabólica que desempeña un papel en los procesos de síntesis de energía, se reconoció como un cuello de botella para la producción de bioplásticos. Posteriormente, el equipo diseñó vías sintéticas con el objetivo de mejorar tanto el recambio como la biosíntesis de NADH en M.maripaludis. Los hallazgos revelaron que la cepa diseñada del metanógeno podría sintetizar de manera efectiva un polímero biodegradable y bioderivado a aproximadamente 171 miligramos por litro de concentración o aproximadamente el 24 % de la biomasa de células secas, que fue dos veces mayor en magnitud que los esfuerzos anteriores.
Según Thevasundaram, una gama de fuentes de energía renovable puede resultar en la biosíntesis de arqueas metanogénicas sin necesidad de luz. Además, los hallazgos aclararon la posibilidad de M.maripaludis como base para la síntesis química ecológica basada en CO2 reciclaje. Sin embargo, M.maripaludis está presente en una fase comparativamente incipiente de producción en forma de huésped industrial.
En resumen, los autores anticipan que los conocimientos proporcionados en la investigación allanaron el camino para avances de gran alcance en la ingeniería metabólica, particularmente en M.maripaludis y arqueas adicionales, lo que permite una mejor identificación de las variadas capacidades químicas presentes en el medio ambiente.
Referencias
Thevasundaram, K., Gallagher, JJ, Cherng, F. y Chang, MC (2022). Ingeniería de fijación de carbono no fotosintético para la producción de bioplásticos por arqueas metanogénicas. Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América, 119(23), e2118638119. https://doi.org/10.1073/pnas.2118638119
Smith, P., Soussana, JF, Angers, D., Schipper, L., Chenu, C., Rasse, DP, … & Klumpp, K. (2020). Cómo medir, informar y verificar el cambio de carbono del suelo para aprovechar el potencial del secuestro de carbono del suelo para la eliminación de gases de efecto invernadero atmosféricos. Biología del cambio global, 26(1), 219-241. https://doi.org/10.1111/gcb.14815
Gong, F., Zhu, H., Zhang, Y. y Li, Y. (2018). Fijación biológica de carbono: de natural a sintético. Diario de utilización de CO2, 28221-227. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2018.09.014
Gayathri, R., Mahboob, S., Govindarajan, M., Al-Ghanim, KA, Ahmed, Z., Al-Mulhm, N., … & Vijayalakshmi, S. (2021). Una revisión sobre el secuestro biológico de carbono: una solución sostenible para un ambiente de aire más limpio, menos contaminación y menos riesgos para la salud. Revista de Ciencias de la Universidad Rey Saud, 33(2), 101282. https://doi.org/10.1016/j.jksus.2020.101282
Ripple, W., Wolf, C., Newsome, T., Barnard, P., Moomaw, W. y Grandcolas, P. (2019). Advertencia de científicos mundiales sobre una emergencia climática. biociencia. https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02397151/document
Foto principal: Methanococcus maripaludis en un microscopio por Aizawa y Kaoru Uchida
