En 1977, el investigador Rudolf Thauer propuso un techo teórico sobre la cantidad de hidrógeno que las bacterias podrían producir a través de la fermentación, el proceso de conversión del azúcar también responsable del yogur, la cerveza y el queso.
Impulsado por una técnica de ingeniería genética que presenta a las bacterias una opción simple: adaptar o morir, la investigación de la Universidad de Nebraska-Lincoln acaba de atravesar ese techo de 40 años como Iron Man a través de papel maché.
Una versión de la Thermotoga maritima bacteria diseñada por Raghuveer Singh, Paul Blum y sus colegas produjeron 46 por ciento más de hidrógeno por célula que una forma natural de la misma especie. El rendimiento más alto reportado por el equipo: 5.7 unidades de hidrógeno por cada unidad de glucosa alimentada a la bacteria- Superó fácilmente el límite teórico de 4 unidades.
La hazaña representa un avance en el esfuerzo global para aumentar la producción sostenible de hidrógeno de combustión limpia para vehículos e industria pesada, dijo Singh. La mayoría del hidrógeno comercial proviene de la refinación de combustibles fósiles no renovables como el gas natural, el petróleo y el carbón- procesos que generan cantidades considerables de dióxido de carbono.
"Siempre me habían interesado los microbios y su potencial para hacer algo útil", dijo Singh, un doctorado en Nebraska que realizó la investigación como parte de su disertación. "Las tecnologías actuales de producción de hidrógeno crean muchos problemas ambientales.Mi sueño es mejorar los sistemas biológicos y hacerlos más competitivos con esas tecnologías ".
Retrasando la fiebre del azúcar
El T. maritima la bacteria fermenta el azúcar en moléculas más simples basadas en el carbono que alimentan dos procesos: el crecimiento de nuevas células y la producción de los llamados metabolitos, uno de los cuales es el hidrógeno. Pero en condiciones normales, la mayor parte de ese carbono se canaliza hacia la maquinaria biológica que funcionanuevas células, dejando poco para la producción de hidrógeno.
"Existe un fuerte acoplamiento entre la síntesis de hidrógeno y el crecimiento de nuevas células, y este acoplamiento debe debilitarse para aumentar el rendimiento de hidrógeno", dijo Singh, ahora investigador postdoctoral en la Universidad de Florida.
Por lo tanto, los investigadores decidieron inactivar temporalmente un gen que no tiene ningún efecto sobre el crecimiento celular pero ralentiza la producción de hidrógeno T. maritima . Cuando lo hicieron, un segundo gen, este involucrado en el transporte de azúcar, mutó espontáneamente para evitar una acumulación letal de metabolitos basados en azúcar. Esa mutación también redirigió dramáticamente el gasto de energía de la bacteria del crecimiento celular a la producción de hidrógeno, creandouna nueva cepa que los investigadores llamaron Tma 200.
Después de transferir el gen recién mutado a una versión natural de T. maritima , los investigadores encontraron que la bacteria sobreprodujo hidrógeno al igual que Tma 200, lo que confirma la influencia de la absorción de azúcar en los rendimientos de hidrógeno.
"Creamos el nuevo organismo utilizando la genética clásica porque los cambios necesarios no podían predecirse", dijo Blum, profesor de microbiología Charles Bessey en Nebraska.
Singh, Blum y su colega Derrick White desde entonces han trabajado con la oficina de transferencia de tecnología NUtech Ventures para solicitar la protección mediante patente de la técnica genética, que Singh describió como una "estrategia prometedora" para aumentar la producción bacteriana de cualquier metabolito potencial.
"El hidrógeno es solo una de las muchas posibilidades", dijo.
El equipo recientemente detalló su trabajo en la revista Microbiología Aplicada y Ambiental . Singh y Blum fueron los autores del estudio con White, un doctorado recientemente graduado en NuTek Food Science; Yasar Demirel, profesor asociado de ingeniería química y biomolecular; e investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y la Universidad de Connecticut.
Los investigadores recibieron apoyo del Departamento de Energía de EE. UU.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Nebraska-Lincoln . Original escrito por Scott Schrage. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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