Figura 1: una foto che mostra l'1,3-butadiene prodotto dai batteri. Credito: © 2021 Yokohama gomma
I microbi sono progettati per convertire lo zucchero in una sostanza chimica presente negli pneumatici.
L'impronta ambientale futura dell'industria dei pneumatici potrebbe essere sostanzialmente ridotta grazie a un nuovo metodo ecologico trovato da quattro ricercatori RIKEN che sfrutta i batteri per produrre una sostanza chimica utilizzata nella gomma sintetica.
Ogni anno, le fabbriche di tutto il mondo producono più di 12 milioni di tonnellate della sostanza chimica organica 1,3-butadiene, che viene utilizzata in pneumatici, adesivi, sigillanti e altri prodotti in plastica e gomma. Lo producono mediante un processo ad alta intensità energetica che si basa sul petrolio, che contribuisce al cambiamento climatico.
I ricercatori del RIKEN Center for Sustainable Resource Science hanno progettato microbi per convertire lo zucchero in una sostanza chimica presente nella gomma sintetica. Credito: © 2021 RIKEN Center for Sustainable Resource Science
Gli scienziati hanno cercato per molti anni di creare 1,3-butadiene da materiali di partenza più rispettosi dell'ambiente utilizzando microbi appositamente progettati. Ma nessuno in precedenza era riuscito a trasformare uno zucchero semplice come il glucosio nella sostanza chimica in un semplice passaggio.
Ora, ingegnerizzando batteri per convertire il glucosio in 1,3-butadiene, Yutaro Mori e i suoi tre collaboratori, tutti al RIKEN Center for Sustainable Resource Science, hanno ideato un approccio sostenibile alla produzione di gomma e plastica.
Il team RIKEN è riuscito a raggiungere questo obiettivo a lungo ricercato concentrandosi su due parti del processo di bioproduzione. Per prima cosa hanno progettato un enzima batterico in grado di convertire un composto biologico che può essere sviluppato dal glucosio in 1,3-butadiene (Figura 1). I ricercatori hanno quindi modificato un ceppo del batterio Escherichia coli utilizzare questo enzima e produrre la sostanza chimica. Poiché l'1,3-butadiene è un gas a temperatura ambiente, può essere facilmente catturato mentre i batteri continuano a dividersi e crescere.
La tecnica ha ancora un po' di strada da fare prima che sia pronta per la prima serata industriale. Il team RIKEN è riuscito a sintetizzare solo circa 2 grammi di 1,3-butadiene per litro di infuso microbico. Saranno necessarie quantità molto maggiori affinché il metodo sia competitivo in termini di costi rispetto alla produzione basata sul petrolio.
Ma con un po' di ingegneria e ottimizzazione aggiuntive, Mori crede che il suo team ci arriverà. Ora stanno ulteriormente modificando le vie metaboliche del batterio e migliorando l'efficienza dell'enzima. In collaborazione con le società Yokohama Rubber e Zeon Corporation, il team RIKEN sta anche ampliando il protocollo per lavorare con volumi maggiori di microbi.
I ricercatori stanno anche esplorando modi per sfruttare il potere dei microbi per produrre altre sostanze chimiche da risorse rinnovabili. "Dopo aver svolto ulteriori ricerche sull'ingegneria enzimatica e sull'ingegneria metabolica, spero che saremo in grado di dare un contributo sostanziale alla realizzazione di una società a basse emissioni di carbonio e di una bioeconomia sostenibile in un futuro non troppo lontano", afferma Mori.
Riferimento: “Biosintesi diretta dell'1,3-butadiene in Escherichia coli tramite un ferulico su misura acido decarbossilasi mutante” di Yutaro Mori, Shuhei Noda, Tomokazu Shirai e Akihiko Kondo, 13 aprile 2021, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-021-22504-6
