Los científicos chinos informaron recientemente por primera vez de una ruta de novo para la síntesis de almidón artificial a partir de dióxido de carbono (CO 2 ). Los resultados relevantes se publicaron en Science el 24 de septiembre.
por la Academia China de Ciencias
La nueva ruta permite cambiar el modo de producción de almidón de la siembra agrícola tradicional a la fabricación industrial , y abre una nueva ruta técnica para sintetizar moléculas complejas a partir de CO 2 .
El almidón es el componente principal de los cereales, así como una importante materia prima industrial. En la actualidad, es producido principalmente por cultivos como el maíz mediante la fijación de CO 2 a través de la fotosíntesis. Este proceso involucra alrededor de 60 reacciones bioquímicas, así como una compleja regulación fisiológica. La eficiencia de conversión de energía teórica de este proceso es solo de alrededor del 2%.
Se necesitan con urgencia estrategias para el suministro sostenible de almidón y el uso de CO 2 para superar los principales desafíos de la humanidad, como la crisis alimentaria y el cambio climático. El diseño de rutas novedosas distintas de la fotosíntesis de las plantas para convertir el CO 2 en almidón es una misión importante e innovadora de C&T y será una tecnología disruptiva significativa en el mundo actual.
Para abordar este problema, los científicos del Instituto de Biotecnología Industrial de Tianjin (TIB) de la Academia de Ciencias de China (CAS) diseñaron un sistema quimioenzimático, así como una ruta anabólica de almidón artificial que consta de solo 11 reacciones centrales para convertir el CO 2 en almidón.
Esta ruta se estableció mediante una estrategia de «bloques de construcción», en la que los investigadores integraron módulos catalíticos químicos y biológicos para utilizar energía de alta densidad y CO 2 de alta concentración de una manera biotecnológicamente innovadora.
Los investigadores optimizaron sistemáticamente este sistema híbrido utilizando la segregación espacial y temporal al abordar cuestiones como la competencia del sustrato, la inhibición del producto y la adaptación termodinámica.
La ruta artificial puede producir almidón a partir de CO 2 con una eficiencia 8,5 veces mayor que la biosíntesis del almidón en el maíz, lo que sugiere un gran paso hacia ir más allá de la naturaleza. Proporciona una nueva base científica para la creación de sistemas biológicos con funciones sin precedentes.
«De acuerdo con los parámetros técnicos actuales, la producción anual de almidón en un biorreactor de un metro cúbico teóricamente equivale al rendimiento anual de almidón de cultivar 1/3 de hectárea de maíz sin considerar el aporte de energía», dijo Cai Tao, autor principal de el estudio.
Este trabajo abriría una ventana para la fabricación industrial de almidón a partir de CO 2 .
«Si el costo total del proceso se puede reducir a un nivel económicamente comparable con la siembra agrícola en el futuro, se espera que se ahorre más del 90% de la tierra cultivada y los recursos de agua dulce», dijo MA Yanhe, autor correspondiente del estudio.
Además, también ayudaría a evitar el impacto ambiental negativo del uso de pesticidas y fertilizantes, mejoraría la seguridad alimentaria humana, facilitaría una bioeconomía neutra en carbono y, finalmente, promovería la formación de una sociedad de base biológica sostenible.
TIB se ha centrado en la biosíntesis de almidón artificial y la utilización de CO 2 desde 2015. Para llevar a cabo esta investigación científica y tecnológica orientada a la demanda, se han reunido todo tipo de recursos para la innovación y se ha fortalecido la integración de «disciplina, tarea y plataforma» para lograr coordinación eficiente de los esfuerzos de investigación.
