Ácido fórmico em foco
Uma enzima-chave artificial permite a conversão de CO2 em matérias-primas através do ácido fórmico
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O formato, o sal do ácido fórmico, é visto como um importante pivô futuro para as biotecnologias sustentáveis. Uma equipa do Instituto Max Planck de Microbiologia Terrestre desenvolveu uma enzima que converte eficazmente o formato em formaldeído. Isto é crucial para a conversão sustentável de CO2 em matérias-primas valiosas. A nova enzima, FAR, tolera concentrações elevadas de formiato: um pré-requisito importante para os processos industriais.
Multipipetas no robot de alto rendimento
Franka Eiche / Copyright: MPI für terrestrische Mikrobiologie
Uma bioeconomia neutra em carbono requer processos que liguem o CO2 de forma eficiente e o convertam em produtos valiosos. O ácido fórmico, ou melhor, o seu sal formiato, é considerado um candidato promissor: pode ser produzido a partir de CO2 utilizando eletricidade renovável, é fácil de transportar, não é tóxico e é versátil. A investigação centra-se, entre outras coisas, em microrganismos que são "alimentados" com ácido fórmico produzido a partir de CO2 e o utilizam para produzir produtos químicos básicos ou combustíveis.
Uma equipa liderada pela Dra. Maren Nattermann, do Instituto Max Planck de Microbiologia Terrestre, desenvolveu uma enzima feita à medida que realiza a etapa central de conversão de forma precisa e estável num único processo enzimático. Incorporação de um bypass metabólico sintético
A solução enzimática baseia-se em investigações anteriores em que a equipa estabeleceu uma via de fosfato de formilo completamente sintética em bactérias. Anteriormente, apenas algumas bactérias eram capazes de utilizar o ácido fórmico. As vias metabólicas naturais contornam o intermediário formaldeído, que serve como um importante ponto de partida para a integração do CO2 no metabolismo celular. Os investigadores construíram uma ponte artificial: uma via metabólica sintética de fosfato de formilo, que incorporaram em bactérias vivas E. coli. O parceiro de cooperação, Dr. Sebastian Wenk (Universidade de Groningen), explica: "O nosso trabalho mostrou que uma via metabólica sintética para o processamento do formato funciona em organismos vivos - um passo importante para o desenvolvimento de microrganismos biotecnologicamente utilizáveis que podem usar o formato obtido a partir do CO2 para produzir alimentos, combustíveis e materiais". O formaldeído é imediatamente processado pela célula e não se acumula.
No entanto, a ligação ao metabolismo celular tem de ser robusta - afinal, compete com o metabolismo natural bem estabelecido que evoluiu ao longo de milhões de anos. Até agora, apenas existiam cascatas enzimáticas complexas e susceptíveis de várias fases, que libertam produtos intermédios sensíveis, como o fosfato de formilo ou o formil-CoA - moléculas que se decompõem facilmente ou entram em reacções secundárias indesejáveis. De um ponto de vista biotecnológico, o objetivo é uma "dieta completa de formato", na qual as bactérias crescem exclusivamente com ácido fórmico, sem aditivos dispendiosos. Uma única enzima dá o passo decisivo
O grupo conseguiu recentemente um avanço decisivo: uma enzima redutase de formato personalizada que converte de forma precisa e robusta o ácido fórmico em formaldeído. A enzima, denominada FAR (formiato redutase), baseia-se numa redutase do ácido carboxílico (CAR) da bactéria Mycobacteroides abscessus. A enzima CAR foi modificada através de mutagénese orientada e de um rastreio de elevado rendimento, de modo a favorecer pequenas moléculas como o formato. "Com a FAR, temos pela primeira vez uma enzima única e robusta que reduz de forma fiável o formiato a formaldeído - exatamente onde começam muitas vias biotecnológicas", explica a líder do grupo de investigação Max Planck, Dra. Maren Nattermann. "Estamos assim a criar um bloco de construção em falta para futuras bioconversões que se baseiam diretamente em matérias-primas à base de CO₂."
"O mais importante é o facto de a nossa enzima tolerar mesmo concentrações elevadas de formiato - porque os sistemas anteriores falharam quase completamente nestas condições", acrescenta Philipp Wichmann, primeiro autor do estudo. É precisamente esta estabilidade que torna a FAR atractiva para processos industriais em que o formato é produzido electroquimicamente em concentrações muito elevadas.
Sem a utilização de métodos de alto rendimento, este resultado não teria sido possível num curto espaço de tempo. "Depois de analisar cerca de 4.000 variantes, conseguimos um aumento de cinco vezes na produção de formaldeído", explica Maren Nattermann.
Com a FAR, está agora disponível uma enzima que pode ser utilizada em células vivas, bem como em sistemas sem células ou linhas de produção electrobioquímicas. No futuro, poderão ser produzidos produtos químicos de base, bioplásticos ou combustíveis a partir de formiato à base de CO2. Os investigadores estão já a planear combinar a FAR com outras vias metabólicas sintéticas, por exemplo, para produzir moléculas ricas em energia.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Alemão pode ser encontrado aqui.
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