La levadura genéticamente modificada puede producir etanol a partir de tallos de maíz

Cuando los agricultores de maíz cosechan su cosecha, a menudo dejan que los tallos, las hojas y las mazorcas gastadas se pudran en los campos. Ahora, los ingenieros han creado una nueva cepa de levadura que puede convertir estos desechos no comestibles en etanol, un biocombustible. Si el proceso puede ampliarse, esta fuente de energía renovable, en gran parte sin explotar, podría ayudar a reducir la dependencia de los combustibles fósiles.

Los esfuerzos anteriores para convertir este material fibroso, llamado rastrojo de maíz, en combustible tuvieron un éxito limitado. Antes de que las levaduras puedan hacer su trabajo, se debe descomponer el rastrojo de maíz, pero este proceso a menudo genera subproductos que matan a las levaduras. Pero al modificar un gen en la levadura de panadería común, los investigadores han diseñado una cepa que puede desactivar esos subproductos mortales y continuar con el trabajo de convertir el azúcar en etanol.

La nueva levadura pudo producir más de 100 gramos de etanol por cada litro de rastrojo de maíz tratado, una eficiencia comparable al proceso estándar que usa granos de maíz para producir el biocombustible, informan los investigadores el 25 de junio en Avances de la ciencia.

“Han producido una levadura más resistente”, dice Venkatesh Balan, un ingeniero químico de la Universidad de Houston que no participó en la investigación. La nueva cepa puede beneficiar a los productores de biocombustibles que intentan aprovechar materiales como el rastrojo de maíz, dice.

En los Estados Unidos, la mayor parte del etanol se elabora a partir del maíz, la cosecha más grande del país, y se mezcla con la mayor parte de la gasolina que se vende en las estaciones de servicio. El etanol de maíz es una fuente de energía renovable, pero tiene limitaciones. Desviar maíz para producir etanol puede restar valor al suministro de alimentos, y expandir las tierras de cultivo solo para plantar maíz para biocombustible limpia los hábitats naturales (SN: 21/12/20). La conversión de rastrojo de maíz no comestible en etanol podría aumentar el suministro de biocombustible sin tener que plantar más cultivos.

“El maíz no puede realmente desplazar al petróleo como materia prima para combustibles”, dice el ingeniero metabólico Felix Lam del MIT. «Pero tenemos una alternativa».

Lam y sus colegas comenzaron con Saccharomyces cerevisiae, o levadura de panadería común. Al igual que los panaderos y cerveceros de masa madre, los productores de biocombustibles ya utilizan levadura: puede convertir los azúcares de los granos de maíz en etanol (SN: 19/09/17).

Pero a diferencia de los granos de maíz con azúcares de fácil acceso, el rastrojo de maíz contiene azúcares unidos a la lignocelulosa, un compuesto vegetal que la levadura no puede degradar. La aplicación de ácidos fuertes puede liberar estos azúcares, pero el proceso genera subproductos tóxicos llamados aldehídos que pueden matar las levaduras.

Pero el equipo de Lam tuvo una idea: convertir los aldehídos en algo tolerable para la levadura. Los investigadores ya sabían que al ajustar la química del entorno de crecimiento de la levadura, podrían mejorar su tolerancia al alcohol, que también es dañino en altas concentraciones. Con eso en mente, Lam y sus colegas se centraron en un gen de levadura llamado GRE2, que ayuda a convertir los aldehídos en alcohol. El equipo generó al azar alrededor de 20.000 variantes de levadura, cada una con una versión diferente y genéticamente modificada de GRE2. Luego, los investigadores colocaron la horda de variantes dentro de un matraz que también contenía aldehídos tóxicos para ver qué levaduras sobrevivirían.

Varias variantes sobrevivieron al guante, pero una dominó. Con esta versión probada en batalla de GRE2, los investigadores encontraron que la levadura de panadería modificada podía producir etanol a partir de rastrojos de maíz tratados casi tan eficientemente como a partir de granos de maíz. Además, la levadura podría generar etanol a partir de otros materiales leñosos, incluida la paja de trigo y la hierba varilla (SN: 14/1/14). «Tenemos una única cepa que puede lograr todo esto», dice Lam.

Esta cepa resuelve un desafío clave en la fermentación de etanol a partir de materiales fibrosos como el rastrojo de maíz, dice Balan. Pero “hay muchas más mejoras que tendrán que suceder para que esta tecnología sea comercialmente viable”, agrega, como desafíos logísticos en la cosecha, transporte y almacenamiento de grandes volúmenes de rastrojo de maíz.

“Hay tantas partes móviles de este problema”, reconoce Lam. Pero cree que los hallazgos de su equipo podrían ayudar a poner en marcha una «tubería renovable» que aproveche las fuentes de combustible sostenibles infrautilizadas. La visión, dice, es desafiar el reino de los combustibles fósiles.

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