Cientistas demonstraram uma nova tecnologia na qual bactérias produzidas pela bioengenharia podem produzir produtos químicos/polímeros econômicos a partir de fontes renováveis. planta fontes
Lignina é um material constituinte da parede celular de todas as plantas de terra firme. É o segundo polímero natural mais abundante depois da celulose. Este material é o único polímero encontrado nas plantas que não é composto de carboidrato (açúcar) monômeros. Os biopolímeros de lignocelulose proporcionam forma, estabilidade, resistência e rigidez às plantas. Os biopolímeros de lignocelulose consistem em três componentes principais: celulose e hemicelulose formam uma estrutura na qual a lignina é incorporada como uma espécie de conector solidificando assim a parede celular. A lignificação da parede celular torna as plantas resistentes ao vento e às pragas e evita o apodrecimento. A lignina é um recurso de energia renovável vasto, mas muito subutilizado. A lignina, que representa até 30% da biomassa da lignocelulose, é um tesouro inexplorado – pelo menos do ponto de vista químico. A indústria química depende principalmente de compostos de carbono para a criação de diferentes produtos como tintas, fibras artificiais, fertilizantes e, mais importante, plástico. Esta indústria utiliza alguns recursos renováveis, como óleo vegetal, amido, celulose, etc., mas estes representam apenas 13% de todos os compostos.
Lignina, alternativa promissora ao petróleo para a fabricação de produtos
Na verdade, a lignina é a única fonte renovável no planeta que contém um grande número de compostos aromáticos. Isto é importante porque os compostos aromáticos são geralmente extraídos de fontes não renováveis de petróleo e depois usados para produzir plásticos, tintas etc. Assim, o potencial da lignina é muito alto. Em comparação com o petróleo, que é um combustível fóssil não renovável, as lignoceluloses são derivadas de madeira, palha ou Miscanthus que são fontes renováveis. A lignina pode ser cultivada em campos e florestas e geralmente é neutra em relação ao clima. A lignocelulose tem sido considerada uma alternativa séria ao petróleo nas últimas décadas. O petróleo impulsiona a indústria química atualmente. O petróleo é uma matéria-prima para muitos produtos químicos básicos que são então usados para produzir produtos úteis. Mas o petróleo é uma fonte não renovável e está a diminuir, pelo que o foco precisa de ser na procura de fontes renováveis. Isso traz a lignina para o cenário, pois parece ser uma alternativa muito promissora.
A lignina está cheia de alta energia, mas recuperar essa energia é complicado e um processo caro e, portanto, até mesmo o biocombustível gerado, pois o resultado final geralmente tem um custo muito alto e não pode substituir economicamente a “energia de transporte” atualmente em uso. Muitas abordagens foram pesquisadas para desenvolver maneiras econômicas de quebrar a lignina e convertê-la em produtos químicos valiosos. No entanto, várias limitações restringiram a conversão de uma matéria sensível à planta, como a lignina, para ser usada como uma fonte de energia alternativa ou mesmo tentar torná-la mais econômica. Um estudo recente projetou com sucesso bactérias (E. Coli) para atuar como uma fábrica de células de bioconversão eficiente e produtiva. Bactérias crescem e se multiplicam muito rapidamente e são capazes de suportar processos industriais severos. Esta informação foi combinada com a compreensão dos degradadores de lignina naturalmente disponíveis. O trabalho foi publicado no Anais da Academia Nacional de Ciências dos EUA.
A equipe de pesquisadores liderada pela Dra. Seema Singh, do Sandia National Laboratories, resolveu três problemas principais encontrados na transformação da lignina em produtos químicos de plataforma. O primeiro grande obstáculo é que bactérias A E.Coli geralmente não produz as enzimas necessárias para a conversão. Os cientistas tendem a resolver este problema de produção de enzimas adicionando um “indutor” ao anel de fermentação. Esses indutores são eficazes, mas são muito caros e, portanto, não se enquadram bem no conceito de biorrefinarias. Os pesquisadores tentaram um conceito em que um composto derivado da lignina, como a baunilha, era usado como substrato e também como indutor, projetando o bactérias E. Coli. Isso evitaria a necessidade de um indutor caro. Embora, como o grupo descobriu, a baunilha não fosse uma boa escolha, especialmente porque uma vez que a lignina se decompõe, a baunilha é produzida em grandes quantidades e começa a inibir a função da E.Coli, ou seja, a baunilha começa a criar toxicidade. Mas isso funcionou a seu favor quando projetaram o bactérias. No novo cenário, o próprio produto químico que é tóxico para a E.Coli é utilizado para iniciar o complexo processo de “valorização da lignina”. Uma vez presente, a baunilha ativa as enzimas e as bactérias começam a converter a vanilina em catecol, que é o produto químico desejado. Além disso, a quantidade de vanilina nunca atinge o nível tóxico, pois é autorregulada no sistema atual. O terceiro e último problema foi o da eficiência. O sistema de conversão era lento e passivo, portanto os pesquisadores procuraram transportadores mais eficazes de outras bactérias e os transformaram em E. Coli, que então acelerou o processo. Superar os problemas de toxicidade e eficiência através de tais soluções inovadoras pode ajudar a tornar a produção de biocombustíveis um processo mais económico. E a remoção de um indutor externo juntamente com a incorporação da autorregulação pode otimizar ainda mais o processo de produção de biocombustíveis.
Está bem estabelecido que, uma vez que a lignina é quebrada, ela tem a capacidade de fornecer ou melhor "conceder" produtos químicos de plataforma valiosos que podem então ser convertidos em náilon, plásticos, produtos farmacêuticos e outros produtos importantes que são atualmente derivados do petróleo, um não - fonte de energia renovável. Este estudo é relevante por ser um passo em direção à pesquisa e desenvolvimento de soluções econômicas para biocombustíveis e bioprodução. Usando a tecnologia de bioengenharia, podemos produzir grandes quantidades de produtos químicos de plataforma e vários outros novos produtos finais, não apenas com E. coli bacteriana, mas também com outros hospedeiros microbianos. As pesquisas futuras dos autores se concentrarão em demonstrar uma produção econômica desses produtos. Essa pesquisa tem um grande impacto nos processos de geração de energia e na ampliação do leque de possibilidades para produtos verdes. Os autores observam que em um futuro próximo a lignocelulose deve definitivamente complementar o petróleo, se não substituí-lo.
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Fontes)
Wu W et al. 2018. Rumo à engenharia de E. coli com um sistema autoregulatório para valorização de lignina ', Proceedings, da Academia Nacional de Ciências. 115 (12). https://doi.org/10.1073/pnas.1720129115
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