El ácido fórmico en el punto de mira
Una enzima artificial clave abre la conversión del CO2 en materias primas a través del ácido fórmico
El formiato, la sal del ácido fórmico, se considera un importante pivote de futuro para las biotecnologías sostenibles. Un equipo del Instituto Max Planck de microbiología Terrestre ha desarrollado una enzima que convierte eficazmente el formiato en formaldehído. Esto es crucial para la conversión sostenible del CO2 en valiosas materias primas. La nueva enzima, FAR, tolera altas concentraciones de formiato: un requisito importante para los procesos industriales.
Multipipetas en el robot de alto rendimiento
Franka Eiche / Copyright: MPI für terrestrische Mikrobiologie
Una bioeconomía neutra en carbono requiere procesos que fijen el CO2 de forma eficiente y lo conviertan en productos valiosos. El ácido fórmico, o más bien su sal formiato, se considera un candidato prometedor: puede producirse a partir de CO2 utilizando electricidad renovable, es fácil de transportar, no es tóxico y es versátil. Entre otras cosas, la investigación se centra en microorganismos que se "alimentan" con ácido fórmico producido a partir de CO2 y lo utilizan para producir productos químicos básicos o combustibles.
Un equipo dirigido por la Dra. Maren Nattermann, del Instituto Max Planck de Microbiología Terrestre, ha desarrollado una enzima a medida que lleva a cabo el paso central de conversión de forma precisa y estable en un único proceso enzimático. Incorporación de una derivación metabólica sintética
La solución enzimática se basa en investigaciones anteriores en las que el equipo estableció una vía del fosfato de formilo completamente sintética en bacterias. Anteriormente, sólo algunas bacterias eran capaces de utilizar el ácido fórmico. Las vías metabólicas naturales pasan por alto el intermediario formaldehído, que sirve de importante punto de partida para la integración del CO2 en el metabolismo celular. Los investigadores construyeron un puente artificial: una vía metabólica sintética de fosfato de formilo, que incorporaron a bacterias E. coli vivas. El Dr. Sebastian Wenk (Universidad de Groningen), socio colaborador, explica: "Nuestro trabajo demostró que una vía metabólica sintética para procesar el formiato funciona en organismos vivos, lo que supone un paso importante hacia el desarrollo de microorganismos biotecnológicamente utilizables que puedan emplear el formiato obtenido a partir del CO2 para producir alimentos, combustibles y materiales." El formiato es procesado inmediatamente por la célula y no se acumula.
Sin embargo, la conexión con el metabolismo celular debe ser sólida; al fin y al cabo, compite con el metabolismo natural bien establecido que ha evolucionado a lo largo de millones de años. Hasta ahora, sólo existían cascadas enzimáticas complejas y susceptibles de múltiples etapas, que liberan productos intermedios sensibles como el fosfato de formilo o el formil-CoA, moléculas que se descomponen fácilmente o entran en reacciones secundarias indeseables. Desde un punto de vista biotecnológico, el objetivo es una "dieta completa de formiato" en la que las bacterias crezcan exclusivamente con ácido fórmico, sin aditivos costosos. Una sola enzima da el paso decisivo
El grupo ha logrado recientemente un avance decisivo: una enzima formiato reductasa a medida que convierte de forma precisa y robusta el ácido fórmico en formaldehído. La enzima, denominada FAR (formiato reductasa), se basa en una reductasa de ácidos carboxílicos (CAR) de la bacteria Mycobacteroides abscessus. La enzima CAR se modificó mediante mutagénesis dirigida y cribado de alto rendimiento para que favoreciera moléculas pequeñas como el formiato. "Con FAR disponemos por primera vez de una enzima única y robusta que reduce de forma fiable el formiato a formaldehído, exactamente donde comienzan muchas vías biotecnológicas", explica la Dra. Maren Nattermann, jefa del grupo de investigación Max Planck. "Estamos creando así un bloque de construcción que faltaba para futuras bioconversiones que se basen directamente en materias primas basadas en CO₂".
"Lo más importante es que nuestra enzima tolera incluso altas concentraciones de formiato, ya que los sistemas anteriores fallaban casi por completo en estas condiciones", añade Philipp Wichmann, primer autor del estudio. Es precisamente esta estabilidad lo que hace que la FAR resulte atractiva para procesos industriales en los que el formiato se produce electroquímicamente en concentraciones muy elevadas.
Sin el uso de métodos de alto rendimiento, este resultado no se habría conseguido en un corto espacio de tiempo. "Tras cribado de unas 4.000 variantes, conseguimos quintuplicar la producción de formaldehído", explica Maren Nattermann.
Con FAR, ahora se dispone de una enzima que puede utilizarse tanto en células vivas como en sistemas sin células o líneas de producción electrobioquímica. En el futuro, podrían producirse productos químicos básicos, bioplásticos o combustibles a partir de formiato de CO2. Los investigadores ya están planeando combinar la FAR con otras vías metabólicas sintéticas, por ejemplo para producir moléculas ricas en energía.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.
Más noticias del departamento ciencias
