No se pueden ver a simple vista, pero la mayoría de las plantas emiten gases volátiles, isoprenoides, a la atmósfera cuando respiran y crecen. Algunas plantas emiten casi nada; otras emiten kilogramos anualmente.
¿Por qué son interesantes las emisiones de isoprenoides de las plantas? Bueno, los isoprenoides contribuyen inmensamente a las cantidades de hidrocarburos liberados a la atmósfera, donde pueden convertirse en potentes gases de efecto invernadero, afectando el cambio climático. En realidad, se ha estimado que los isoprenoides de cadena corta tienen en cuentapara más del 80% de todos los compuestos orgánicos volátiles emitidos por todos los organismos vivos, totalizando aproximadamente 650 millones de toneladas de carbono por año.
"Descubrimos una nueva forma en que las plantas regulan la cantidad de isoprenoides volátiles que emiten a la atmósfera, que durante mucho tiempo se desconocía. Algunas plantas emiten mucho, mientras que especies muy similares no los emiten en absoluto. Esto es interesantepunto de vista de investigación básica para comprender mejor estas emisiones y cómo el cultivo de diferentes plantas podría afectar el ciclo del carbono y afectar los gases de efecto invernadero ", dice el primer autor detrás de un nuevo estudio publicado recientemente en eLife , Investigadora Senior Mareike Bongers del Centro de Biosustentabilidad de la Fundación Novo Nordisk e Instituto Australiano de Bioingeniería y Nanotecnología, Universidad de Queensland.
Los cultivos que emiten una gran cantidad de isopreno son, por ejemplo, los árboles de aceite de palma, el abeto, que se cultiva para madera, y los álamos, que se cultivan para madera y biocombustibles. Con este conocimiento, los agricultores podrían, en principio, optimizar la tierra forestal y el área agrícolaplantando menos plantas de alto emisor y más cero emisores.
"Sin embargo, debe decirse que no sabemos con certeza si todos los efectos de estas emisiones son malos, se necesita más investigación al respecto. Pero lo que está claro es que muchos de los efectos nocivos de las emisiones de isoprenoides ocurren cuandoreaccionan con contaminantes comunes del aire, lo que afecta la formación de gases de efecto invernadero y la calidad del aire. Por lo tanto, las grandes plantaciones con altas emisiones son particularmente problemáticas en las cercanías de la contaminación del aire industrial o municipal. Por lo tanto, reducir la contaminación es otra forma de abordar el problema ", dice MareikeBongers.
Los investigadores detrás de este estudio ahora están estudiando la posibilidad de utilizar este nuevo conocimiento en biotecnología aplicada. Los investigadores realmente descubrieron el nuevo mecanismo regulador, porque intentaron diseñar la bacteria E. coli para producir isoprenoides buscados, lo que podríareemplazar muchos productos químicos de combustibles fósiles si pudieran producirse de manera más económica.
Entonces, al diseñar genes de plantas en E. coli para mejorar la producción de isoprenoides, los investigadores se dieron cuenta del mecanismo de regulación basado en plantas. Cuando E. coli fue diseñada con genes de plantas para una enzima conocida como HDR, produjeron dos químicos importantesen diferentes proporciones, y esto influyó en la cantidad de isopreno que se podría producir.
Esta revelación es muy útil en biotecnología aplicada, ya que los isoprenoides se pueden convertir en productos como el caucho. GoodYear ya ha producido neumáticos para automóviles hechos de isopreno bioproducido. Además, los hallazgos también podrían mejorar la producción de isoprenoides monoterpenos, que son excelentescombustibles para aviones porque son muy densos en energía.
"Esto es particularmente interesante desde una perspectiva de sostenibilidad, porque no se anticipa que los aviones puedan ser alimentados con cualquier otra cosa que no sean combustibles líquidos, a diferencia del transporte terrestre, que podría ser eléctrico", dice.
Finalmente, los isoprenoides también se usan como sabores y fragancias en perfumes y cosméticos, y son muy importantes como compuestos activos en algunos medicamentos, por ejemplo, el medicamento antipalúdico artemisinina o taxadieno, del cual está hecho el medicamento contra el cáncer Taxol.
Hoy en día, la mayoría de los laboratorios y las compañías de biotecnología que producen isoprenoides utilizan una vía de levadura, ya que los rendimientos logrados han sido mucho más altos que con E. coli. Pero la vía utilizada por E. coli y las plantas tiene un rendimiento teórico más alto, lo que significa queTeóricamente, se podrían producir más isoprenoides a partir de las mismas cantidades de azúcar en E. coli que en la levadura. Por lo tanto, tratar de optimizar E. coli para la producción de isoprenoides tiene sentido comercialmente.
El equipo comparó ocho genes HDR de plantas diferentes y un gen HDR de cianobacterias en E. coli. El mejor resultado se obtuvo con genes de durazno, álamo y ricino. Dado que esto era una prueba de concepto, el equipo solo produjo 2 mg de isoprenopor litro de caldo celular. Pero con más esfuerzos de ingeniería y optimización de fermentación, los investigadores esperan mejorar la producción de isopreno en E. coli utilizando este sistema.
"Vimos que elegir la enzima vegetal adecuada hizo una gran diferencia para la producción de isopreno en E. coli. Entonces, nuestro enfoque de 'aprender de la naturaleza' sobre cómo algunas plantas se volvieron tan buenas en la emisión de isoprenoides realmente nos ayudó a diseñar células más eficientesfábricas ", concluye.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Dinamarca . Original escrito por Anne Wärme Lykke, Anders Østerby Mønsted. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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