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Los investigadores reclutan levadura resistente para ayudar a producir etanol rentable

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Las levaduras juegan un papel clave en la conversión («fermentación») azúcares vegetales en combustible de etanol. Pero no todas las levaduras son iguales. Algunos son mejores fermentadores que otros porque pueden tolerar las duras condiciones de los biorreactores en los que se utilizan.

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Balas de rastrojo de maíz (tallos, hojas, cáscaras y mazorcas) en un campo después de la cosecha. Crédito de la imagen: ARS USDA

Clavispora NRRL Y-50464 es una de esas levaduras.

Un equipo de científicos del Servicio de Investigación Agrícola (ARS) de la agencia Centro Nacional de Investigación de Utilización Agrícola en Peoria, Illinois, utilizó un procedimiento de microbiología estándar llamado «evolución adaptativa de laboratorio» para generar la cepa de levadura resistente, que en las pruebas superó el estándar de la industria, Saccharomyces cerevisiae.

La maicena ha sido durante mucho tiempo una fuente líder de azúcares simples que se pueden fermentar en etanol como combustible como una alternativa de combustión más limpia a la gasolina. Sin embargo, existen muchos usos competitivos para este producto versátil, lo que llevó a los investigadores y fabricantes de combustible a centrarse en fuentes alternativas: pastos perennes, subproductos forestales y residuos de cultivos como la paja de arroz y el rastrojo de maíz.

Para llegar a estos azúcares, el «ladrillo y cemento» de las células vegetales, la celulosa y la lignina (también conocida como lignocelulosa), primero debe descomponerse usando enzimas o ácidos diluidos. Sin embargo, esto produce furfural y otros subproductos químicos que son dañinos para las levaduras, lo que reduce su capacidad para fermentar los azúcares liberados de la lignocelulosa.

Afortunadamente, Clavispora NRRL Y-50464 no es una levadura ordinaria.

La cepa es la más resistente de las resistentes seleccionadas por los investigadores de una población natural de Clavispora Levaduras encontradas originalmente creciendo en sorgo dulce. Esta dureza incluye tolerancia al calor, crecimiento rápido y la capacidad de desintoxicar subproductos nocivos como el furfural mientras se produce etanol. La cepa de levadura también produce su propia beta-glucosidasa, una enzima que cataliza la descomposición de azúcares simples como la glucosa de la lignocelulosa para que puedan fermentarse en etanol. Esto elimina la necesidad de agregar beta-glucosidasa “y reduce el costo de la enzima de la producción de etanol celulósico”, explicó Z. Lewis Liu, biólogo molecular (retirado), anteriormente con el centro ARS Unidad de Investigación en Bioenergía en Peoría.

Eso es un gran problema, tanto que el ARS patentó la cepa de levadura para su uso en sistemas de producción de etanol a base de lignocelulosa, cuyos costos de enzimas son típicamente 10 veces mayores que los basados ​​en almidón.

Pruebas de laboratorio realizadas por Liu, ingeniera química mantenida por ARS bruce dien y sus colaboradores revelaron el estatus de superestrella de la cepa de levadura como fermentador de azúcares de fuentes ricas en lignocelulosa como la paja de arroz y el rastrojo de maíz (que se refiere al tallo, las hojas, las cáscaras y la mazorca sin cosechar de la planta de maíz).

En ensayos de matraz, vaso de precipitados y biorreactor utilizando un paso dos en uno llamado «sacarificación y fermentación simultáneas». Clavispora NRRL Y-50464 superó genéticamente Saccharomyces cepas de levadura.

Aspectos destacados de los resultados publicados recientemente en el Revista Internacional de Microbiología incluir:

  • una concentración de etanol (o «título») de 47 gramos por litro (g/L) de celulosa purificada dentro de las 72 horas, por encima del estándar mínimo requerido de 40 g/L para uso industrial. Y lo que es más, Clavispora NRRL Y-50464 suministró su propia beta-glucosidasa, por lo que no fue necesario agregar ninguna.
  • un título de etanol de 32 g/L de rastrojo de maíz pretratado y 25 g/L de paja de arroz en 48 y 36 horas, respectivamente. Eso también es una ventaja, dado que representa el menor tiempo necesario para completar la producción de etanol celulósico a partir de residuos agrícolas (sobrantes).
  • mejor resistencia al ácido acético (utilizado en pretratamientos para liberar azúcares de la lignocelulosa) y tolerancia a temperaturas de hasta 102 grados Fahrenheit (39 grados Celsius).

Liu dijo que aunque el Clavispora la levadura no fermenta todos los tipos de azúcares simples disponibles a partir de fuentes de lignocelulosa, aún tiene el potencial de reducir el costo de producción de etanol. Además, la composición genética detrás de la combinación única de rasgos de la levadura podría brindar pistas importantes para mejorar el uso de otras cepas microbianas en los sistemas de producción de etanol a base de lignocelulosa. La clave, agregó Liu, será realizar mejoras críticas de ingeniería de procesos en los biorreactores que se utilizan ahora, incluida su capacidad para agitar la mezcla celulósica con altas cargas de sólidos fermentables.

Fuente: ARS






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