Produrre sostanze chimiche in modo sostenibile


Produrre sostanze chimiche in modo sostenibile

I ricercatori hanno copiato il modo in cui gli organismi producono sostanze chimiche tossiche senza danneggiarsi, aprendo la strada a una produzione chimica e di carburante più ecologica.

La nuova tecnica, introdotta dagli scienziati dell'Imperial College di Londra, potrebbe ridurre la necessità di utilizzare combustibili fossili per creare prodotti chimici, materie plastiche, fibre e combustibili.

Attualmente, molti prodotti chimici utili sono prodotti da combustibili fossili, che richiedono estrazione mineraria, hanno scarse risorse e interrompono il ciclo del carbonio. Un'alternativa è quella di progettare microrganismi come Escherichia coli (E. coli) e cianobatteri per produrre in modo più sostenibile le sostanze chimiche direttamente dal biossido di carbonio atmosferico.

Tuttavia, molti dei prodotti chimici che possono essere prodotti in questo modo sono tossici per i microrganismi, riducendo la loro capacità di produrre grandi quantità in modo economico.

Ora, copiando il modo in cui gli organismi naturali trattano le proprie sostanze chimiche tossiche, i ricercatori hanno dimostrato che i batteri possono essere programmati per produrre sostanze chimiche senza danneggiare la crescita.

Questo concetto potrebbe essere utilizzato per produrre sostanze chimiche utili, materie plastiche e persino carburanti, che potrebbero ridurre ulteriormente la necessità di combustibili fossili e contribuire a ridurre al minimo i cambiamenti climatici. La nuova tecnica e una prima dimostrazione del concetto sono state pubblicate negli Atti della National Academy of Sciences. (1)

Il ricercatore capo, il dottor Patrik R. Jones, (2) del Dipartimento di Scienze della Vita di Imperial, ha dichiarato: «Abbiamo esaminato ciò che la natura già fa, a suo vantaggio, e applicato l'idea alla biotecnologia, a nostro vantaggio.»

Organismi come piante e lieviti a volte producono sostanze chimiche tossiche per loro, quindi per conservarle in sicurezza, apportano piccole modifiche alle sostanze chimiche per renderle innocue. I prodotti chimici risultanti sono noti come “derivati” e possono essere riportati alla forma originale e tossica attraverso una chimica relativamente semplice.

Il team ha utilizzato questa idea e ha usato l'ingegneria genetica per programmare E. coli e cianobatteri con lo scopo di produrre 1-ottanolo, una sostanza chimica attualmente usata nei profumi, che è tossica per i batteri. Hanno quindi aggiunto una serie extra di istruzioni a E. coli in modo da produrre due diversi derivati dell'1-ottanolo che sono entrambi meno dannosi.

I ricercatori affermano che se questo dovesse essere ridimensionato per i sistemi industriali, i batteri ingegnerizzati produrrebbero il derivato non tossico dell'1-ottanolo, che verrebbe quindi recuperato e trasformato chimicamente in 1-ottanolo, pronto per l'uso.

Il team ha scoperto che il loro sistema produceva 1-ottanolo senza influire sulla crescita dei batteri. Hanno anche scoperto che il sistema produceva più 1-ottanolo di un sistema senza la fase di derivatizzazione, che ritengono sia correlato al fatto che il derivato non è solo meno tossico ma anche più solubile nell'acqua circostante o nel solvente.

Il dottor Patrik R. Jones ha dichiarato: «Una sostanza chimica più solubile può allontanarsi più rapidamente dalle cellule, dove è meno probabile che interferisca con qualsiasi processo batterico.»

Ora il team ha mostrato il concetto di creare derivati usando microrganismi programmati. Essi vogliono istituire un sistema completo, dalla produzione del derivato al recupero della sostanza chimica desiderata. Ciò li aiuterà a perfezionare il processo e potenzialmente ridimensionarlo per l'uso in ambienti industriali.

Riferimenti:

(1) Bioderivatization as a concept for renewable production of chemicals that are toxic or poorly soluble in the liquid phase

(2) Patrik R. Jones

Descrizione foto: i batteri che producono sostanze chimiche con (L) e senza (R) la fase di bioderivitizzazione. Con la bioderivitizzazione, i batteri sono più sani (verde più scuro) - Credit: Patrik Jones/Imperial College London.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Scientists find new way to sustainably make chemicals by copying nature’s tricks

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