Bactéria E. coli: reprogramada para produzir energia Bactérias e fungos são aliados do processo de produção de energia com combustíveis renováveis
Eles estão por toda parte. No ar, nos alimentos e até no organismo de homens e animais. Desempenham funções vitais para o equilíbrio da natureza, mas também são protagonistas de doenças capazes de exterminar outras espécies. Tudo dentro de apenas uma célula de dimensões micrométricas. Não por acaso, as características de certos tipos de fungos e bactérias há muito tempo encantam os cientistas que buscam fórmulas para transformar elementos naturais em combustíveis renováveis. Com uso de técnicas de biologia sintética e transgenia, essa admiração é a grande aposta para o futuro da produção de fontes de energia mais verdes. Os micro-organismos não são novatos na função. Na safra 2008/2009, as leveduras, espécie de fungo unicelular, contribuíram para fermentar o caldo de cana-de-açúcar e produzir 27,5 bilhões de litros de etanol no país.
Isso porque o potencial ainda tem limitações. Esses micro-organismos são muito sensíveis e não suportam ambientes com teor alcoólico superior a 15% e sucumbem à temperatura acima de 350 Celsius. Nos laboratórios brasileiros, há testes de meios para diminuir essa sensibilidade, simulando as condições necessárias para a escolha de micro-organismos aptos a trabalhar em situações estressantes.
As técnicas de melhoramento genético nas leveduras serão essenciais para a produção do etanola partir do bagaço da cana. Até agora, o álcool que chega às bombas de combustível é produzido a partir da fermentação da sacarose da cana-de-açúcar. No novo procedimento, enzimas de microorganismos quebram as moléculas de celulose do bagaço em glicose. “No processo também são formadas muitas substâncias tóxicas para as leveduras, que não conseguem atuar na fermentação”, diz José Geraldo Padrella, pesquisador doLaboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (CTBE).
A engenharia genética pode resolver o problema. Com ajustes no metabolismo das leveduras, elas sobrevivem por mais tempo em condições adversas.Essas técnicas também podem ser úteis para a fabricação das enzimas que quebram a celulose. Neste caso, a ideia é redesenhar os micro-organismos ou colocar em seu DNA um gene capaz de induzir a produção de uma enzima, a celulase. “Descobrimos recentemente um gene na própria cana-de-açúcar que destroi a parede celular da planta. Vamos introduzi-lo na bactéria para entender sua ação”, afirma Marcos Buckeridge, diretor- científico do CTBE e coordenador do Instituto Nacional de Biotecnologia para o Bioetanol. De acordo com estimativa do CTBE, com a nova tecnologia será possível elevar a produção de etanol brasileiro em 40%.
DIESEL DA CANA
É nessa linha de pensamento que a empresa de biotecnologia Amyris pretende começar a produzir diesel a partir do caldo-de-cana, no ano que vem. Enquanto trabalhava na produção de um medicamento contra a malária, a companhia, com sede no Vale do Silício, nos Estados Unidos, descobriu como programar os genes da levedura Saccharomyces cerevisiae para produzir diesel e outros hidrocarbonetos. “É como se fosse um software. No caso do diesel, mudamos apenas uma ou duas enzimas. Para que ela produza querosene, trabalhamos com outras”, diz Roel Collier, diretor-geral da Amyris no Brasil.
[img01] O procedimento é semelhante ao da produção do etanol. A cana-de-açúcar é moída e o caldo resultante é fermentado pelas leveduras modificadas. No fim do processo, enquanto o álcool é destilado, o óleo liberado pelos micro-organismos da Amyris é centrifugado. Com uma tonelada de cana-de-açúcar produz-se 50 litros de hidrocarbonetos ou 80 litros de etanol. A diferença é que os hidrocarbonetos têm teor energético 40% maior.
A expectativa é de que em 2011 a Amyris produza na usina Boa Vista, em Goiás, 10 milhões de litros de diesel. No próximo ano, começarão também os testes com querosene de cana. A companhia aérea Azul será a primeira a usá-lo. Um dos motores da aeronave será abastecido com querosene de aviação convencional e o outro com o combustível produzido pela Amyris. “Nossa expectativa é de que o bioquerosene da cana aumente a autonomia do voo, o empuxo do avião e diminua a necessidade do querosene convencional”, afirma Miguel Dau, vice-presidente da Azul. Ele será o primeiro piloto brasileiro a comandar um avião com querosene da cana.
A Mercedes-Benz também apoia a ideia e já começou a testar o diesel de cana em seus motores, numa proporção de 90% de diesel comume 10% de cana. Os resultados mostram que não houve perda de desempenho nem foram necessárias modifi cações nos motores. Os ganhos ambientais são importantes: redução de 9% das emissões de material particulado, sem aumentar os níveis de óxido de nitrogênio.
Nos Estados Unidos, a empresa LS9, em colaboração com pesquisadores da Universidade da Califórnia em Berkeley, usa a bactéria E. coli para produzir diesel. “Nós reprogramamos o micro-organismo para que ele convertesse ácidos graxos em diesel e produzisse enzimas para quebrar cellulose em açúcares, e então gerar etanol”, afirma Jay Keasling, líder da pesquisa e CEO do Instituto Joint BioEnergy, do Departamento de Energia americano. Ele diz que o produto estará no Mercado em três a cinco anos.
COMBUSTÍVEL DE CO2
Se diesel a partir da cana-de-açúcar já impressiona, que tal seria abastecer seu carro com combustível feito de gás carbônico? No Departamento de Engenharia Química e Biomolecular da Universidade da Califórnia em Los Angeles, um grupo de pesquisadores conseguiu transformar geneticamente uma cianobactéria para que ela liberasse o combustível líquido isobutanol, alternativo à gasolina. Normalmente, as bacteria’s Synechococcus elongatus, empregadas na pesquisa, fazem fotossíntese para crescer. Assim, gáscarbônico e luz solar são convertidos em nutrientespara o organismo. Os cientistas mudaram esta equação. “Transplantamos quatro genes de outra bactéria, que induzem a produção de proteínas capazes de acelerar as reações químicas para produzir a matéria-prima do isobutanol, excretado pela bactéria”, diz James Liao, líder do estudo. Para produzir 1 grama do combustível, as bactérias capturam 2,5 gramas de gás carbônico.
O método, apresentado à comunidade científica em 2009, está em fase laboratorial. Mesmo assim, Liao acredita que o procedimento será mais barato que o do biodiesel a partir de cianobactérias.
Com conceito semelhante, a empresa americana Joule Biotechnologies pretende colocar etanol e diesel feitos a partir de gás carbônico no mercado até 2012. A tecnologia Helioculture, patenteada pela empresa, usa bactérias capazes de fazer fotossíntese para converter o CO2 em combustível e outras substâncias. De olho na produção em larga escala, a empresa desenvolveu o sistema SolarConverter, capaz de capturar a luz solar, transportar as substâncias secretadas pelas bactérias e separá-las em combustível.
Para isso, bactérias fotossintéticas (a companhia não revela a espécie) são colocadas em placas com design similar ao dos sistemas de energia solar convencionais. Graças à engenharia genética, os micro-organismos transformam a luz solar e o gás carbônico em etanol ou diesel. “A ideia é que o sistema seja de fácil instalação, o que o torna adaptável para qualquer nível de necessidade”, diz Felicia Spagnoli, porta-voz da companhia. Segundo ela, no futuro a tecnologia será capaz de capturar de 25% a 50% das emissões de CO2 de siderúrgicas. A Joule Biotechnologies quer começar os testes com etanol em uma planta piloto neste semestre. Muitas coisas que antes eram um problema, agora — e mais ainda no futuro — serão fontes de energia.
BIOGÁS DA GLICERINA
Bactérias encontradas nosdejetos do gado bovino poderão ser aliadas da produção de biogás a partir da glicerina, um dos subprodutos do biodiesel. O estudo, liderado por pesquisadores da Universidade Federal de Pernambuco, utiliza a técnica dos biodigestores para produzir gás metano, que pode ser empregado como combustível para a produção de energia elétrica.
ENERGIA DOS RESÍDUOS
Além de etanol, em breve as usinas brasileiras poderão produzir hidrogênio. No campus de São Carlos da Universidade de São Paulo, o pesquisador Marcelo Zaiatdesenvolveu um método para transformar as águas residuárias da indústria de cerveja, refrigerantes e sucroalcooleira em gás hidrogênio. “O hidrogênio é liberado na primeira fase do processo anaeróbico. Depois, desbalanceamos o processo para enriquecer os micros- organismos produtores do gás”, diz. A ideia é criar em estações de tratamento de águas residuárias e, no futuro, nas de esgoto doméstico.
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Usinas microscópicas
Bactérias e fungos são aliados do processo de produção de energia com combustíveis renováveis
- A A +Da redação
Revista Info Exame – 03/2010
Eles estão por toda parte. No ar, nos alimentos e até no organismo de homens e animais. Desempenham funções vitais para o equilíbrio da natureza, mas também são protagonistas de doenças capazes de exterminar outras espécies. Tudo dentro de apenas uma célula de dimensões micrométricas. Não por acaso, as características de certos tipos de fungos e bactérias há muito tempo encantam os cientistas que buscam fórmulas para transformar elementos naturais em combustíveis renováveis. Com uso de técnicas de biologia sintética e transgenia, essa admiração é a grande aposta para o futuro da produção de fontes de energia mais verdes. Os micro-organismos não são novatos na função. Na safra 2008/2009, as leveduras, espécie de fungo unicelular, contribuíram para fermentar o caldo de cana-de-açúcar e produzir 27,5 bilhões de litros de etanol no país.
Isso porque o potencial ainda tem limitações. Esses micro-organismos são muito sensíveis e não suportam ambientes com teor alcoólico superior a 15% e sucumbem à temperatura acima de 350 Celsius. Nos laboratórios brasileiros, há testes de meios para diminuir essa sensibilidade, simulando as condições necessárias para a escolha de micro-organismos aptos a trabalhar em situações estressantes.
As técnicas de melhoramento genético nas leveduras serão essenciais para a produção do etanola partir do bagaço da cana. Até agora, o álcool que chega às bombas de combustível é produzido a partir da fermentação da sacarose da cana-de-açúcar. No novo procedimento, enzimas de microorganismos quebram as moléculas de celulose do bagaço em glicose. “No processo também são formadas muitas substâncias tóxicas para as leveduras, que não conseguem atuar na fermentação”, diz José Geraldo Padrella, pesquisador doLaboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (CTBE).
A engenharia genética pode resolver o problema. Com ajustes no metabolismo das leveduras, elas sobrevivem por mais tempo em condições adversas.Essas técnicas também podem ser úteis para a fabricação das enzimas que quebram a celulose. Neste caso, a ideia é redesenhar os micro-organismos ou colocar em seu DNA um gene capaz de induzir a produção de uma enzima, a celulase. “Descobrimos recentemente um gene na própria cana-de-açúcar que destroi a parede celular da planta. Vamos introduzi-lo na bactéria para entender sua ação”, afirma Marcos Buckeridge, diretor- científico do CTBE e coordenador do Instituto Nacional de Biotecnologia para o Bioetanol. De acordo com estimativa do CTBE, com a nova tecnologia será possível elevar a produção de etanol brasileiro em 40%.
DIESEL DA CANA
É nessa linha de pensamento que a empresa de biotecnologia Amyris pretende começar a produzir diesel a partir do caldo-de-cana, no ano que vem. Enquanto trabalhava na produção de um medicamento contra a malária, a companhia, com sede no Vale do Silício, nos Estados Unidos, descobriu como programar os genes da levedura Saccharomyces cerevisiae para produzir diesel e outros hidrocarbonetos. “É como se fosse um software. No caso do diesel, mudamos apenas uma ou duas enzimas. Para que ela produza querosene, trabalhamos com outras”, diz Roel Collier, diretor-geral da Amyris no Brasil.
[img01] O procedimento é semelhante ao da produção do etanol. A cana-de-açúcar é moída e o caldo resultante é fermentado pelas leveduras modificadas. No fim do processo, enquanto o álcool é destilado, o óleo liberado pelos micro-organismos da Amyris é centrifugado. Com uma tonelada de cana-de-açúcar produz-se 50 litros de hidrocarbonetos ou 80 litros de etanol. A diferença é que os hidrocarbonetos têm teor energético 40% maior.
A expectativa é de que em 2011 a Amyris produza na usina Boa Vista, em Goiás, 10 milhões de litros de diesel. No próximo ano, começarão também os testes com querosene de cana. A companhia aérea Azul será a primeira a usá-lo. Um dos motores da aeronave será abastecido com querosene de aviação convencional e o outro com o combustível produzido pela Amyris. “Nossa expectativa é de que o bioquerosene da cana aumente a autonomia do voo, o empuxo do avião e diminua a necessidade do querosene convencional”, afirma Miguel Dau, vice-presidente da Azul. Ele será o primeiro piloto brasileiro a comandar um avião com querosene da cana.
A Mercedes-Benz também apoia a ideia e já começou a testar o diesel de cana em seus motores, numa proporção de 90% de diesel comume 10% de cana. Os resultados mostram que não houve perda de desempenho nem foram necessárias modifi cações nos motores. Os ganhos ambientais são importantes: redução de 9% das emissões de material particulado, sem aumentar os níveis de óxido de nitrogênio.
Nos Estados Unidos, a empresa LS9, em colaboração com pesquisadores da Universidade da Califórnia em Berkeley, usa a bactéria E. coli para produzir diesel. “Nós reprogramamos o micro-organismo para que ele convertesse ácidos graxos em diesel e produzisse enzimas para quebrar cellulose em açúcares, e então gerar etanol”, afirma Jay Keasling, líder da pesquisa e CEO do Instituto Joint BioEnergy, do Departamento de Energia americano. Ele diz que o produto estará no Mercado em três a cinco anos.
COMBUSTÍVEL DE CO2
Se diesel a partir da cana-de-açúcar já impressiona, que tal seria abastecer seu carro com combustível feito de gás carbônico? No Departamento de Engenharia Química e Biomolecular da Universidade da Califórnia em Los Angeles, um grupo de pesquisadores conseguiu transformar geneticamente uma cianobactéria para que ela liberasse o combustível líquido isobutanol, alternativo à gasolina. Normalmente, as bacteria’s Synechococcus elongatus, empregadas na pesquisa, fazem fotossíntese para crescer. Assim, gáscarbônico e luz solar são convertidos em nutrientespara o organismo. Os cientistas mudaram esta equação. “Transplantamos quatro genes de outra bactéria, que induzem a produção de proteínas capazes de acelerar as reações químicas para produzir a matéria-prima do isobutanol, excretado pela bactéria”, diz James Liao, líder do estudo. Para produzir 1 grama do combustível, as bactérias capturam 2,5 gramas de gás carbônico.
O método, apresentado à comunidade científica em 2009, está em fase laboratorial. Mesmo assim, Liao acredita que o procedimento será mais barato que o do biodiesel a partir de cianobactérias.
Com conceito semelhante, a empresa americana Joule Biotechnologies pretende colocar etanol e diesel feitos a partir de gás carbônico no mercado até 2012. A tecnologia Helioculture, patenteada pela empresa, usa bactérias capazes de fazer fotossíntese para converter o CO2 em combustível e outras substâncias. De olho na produção em larga escala, a empresa desenvolveu o sistema SolarConverter, capaz de capturar a luz solar, transportar as substâncias secretadas pelas bactérias e separá-las em combustível.
Para isso, bactérias fotossintéticas (a companhia não revela a espécie) são colocadas em placas com design similar ao dos sistemas de energia solar convencionais. Graças à engenharia genética, os micro-organismos transformam a luz solar e o gás carbônico em etanol ou diesel. “A ideia é que o sistema seja de fácil instalação, o que o torna adaptável para qualquer nível de necessidade”, diz Felicia Spagnoli, porta-voz da companhia. Segundo ela, no futuro a tecnologia será capaz de capturar de 25% a 50% das emissões de CO2 de siderúrgicas. A Joule Biotechnologies quer começar os testes com etanol em uma planta piloto neste semestre. Muitas coisas que antes eram um problema, agora — e mais ainda no futuro — serão fontes de energia.
BIOGÁS DA GLICERINA
Bactérias encontradas nosdejetos do gado bovino poderão ser aliadas da produção de biogás a partir da glicerina, um dos subprodutos do biodiesel. O estudo, liderado por pesquisadores da Universidade Federal de Pernambuco, utiliza a técnica dos biodigestores para produzir gás metano, que pode ser empregado como combustível para a produção de energia elétrica.
ENERGIA DOS RESÍDUOS
Além de etanol, em breve as usinas brasileiras poderão produzir hidrogênio. No campus de São Carlos da Universidade de São Paulo, o pesquisador Marcelo Zaiatdesenvolveu um método para transformar as águas residuárias da indústria de cerveja, refrigerantes e sucroalcooleira em gás hidrogênio. “O hidrogênio é liberado na primeira fase do processo anaeróbico. Depois, desbalanceamos o processo para enriquecer os micros- organismos produtores do gás”, diz. A ideia é criar em estações de tratamento de águas residuárias e, no futuro, nas de esgoto doméstico.
Eles estão por toda parte. No ar, nos alimentos e até no organismo de homens e animais. Desempenham funções vitais para o equilíbrio da natureza, mas também são protagonistas de doenças capazes de exterminar outras espécies. Tudo dentro de apenas uma célula de dimensões micrométricas. Não por acaso, as características de certos tipos de fungos e bactérias há muito tempo encantam os cientistas que buscam fórmulas para transformar elementos naturais em combustíveis renováveis. Com uso de técnicas de biologia sintética e transgenia, essa admiração é a grande aposta para o futuro da produção de fontes de energia mais verdes. Os micro-organismos não são novatos na função. Na safra 2008/2009, as leveduras, espécie de fungo unicelular, contribuíram para fermentar o caldo de cana-de-açúcar e produzir 27,5 bilhões de litros de etanol no país.
Isso porque o potencial ainda tem limitações. Esses micro-organismos são muito sensíveis e não suportam ambientes com teor alcoólico superior a 15% e sucumbem à temperatura acima de 350 Celsius. Nos laboratórios brasileiros, há testes de meios para diminuir essa sensibilidade, simulando as condições necessárias para a escolha de micro-organismos aptos a trabalhar em situações estressantes.
As técnicas de melhoramento genético nas leveduras serão essenciais para a produção do etanola partir do bagaço da cana. Até agora, o álcool que chega às bombas de combustível é produzido a partir da fermentação da sacarose da cana-de-açúcar. No novo procedimento, enzimas de microorganismos quebram as moléculas de celulose do bagaço em glicose. “No processo também são formadas muitas substâncias tóxicas para as leveduras, que não conseguem atuar na fermentação”, diz José Geraldo Padrella, pesquisador doLaboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (CTBE).
A engenharia genética pode resolver o problema. Com ajustes no metabolismo das leveduras, elas sobrevivem por mais tempo em condições adversas.Essas técnicas também podem ser úteis para a fabricação das enzimas que quebram a celulose. Neste caso, a ideia é redesenhar os micro-organismos ou colocar em seu DNA um gene capaz de induzir a produção de uma enzima, a celulase. “Descobrimos recentemente um gene na própria cana-de-açúcar que destroi a parede celular da planta. Vamos introduzi-lo na bactéria para entender sua ação”, afirma Marcos Buckeridge, diretor- científico do CTBE e coordenador do Instituto Nacional de Biotecnologia para o Bioetanol. De acordo com estimativa do CTBE, com a nova tecnologia será possível elevar a produção de etanol brasileiro em 40%.
DIESEL DA CANA
É nessa linha de pensamento que a empresa de biotecnologia Amyris pretende começar a produzir diesel a partir do caldo-de-cana, no ano que vem. Enquanto trabalhava na produção de um medicamento contra a malária, a companhia, com sede no Vale do Silício, nos Estados Unidos, descobriu como programar os genes da levedura Saccharomyces cerevisiae para produzir diesel e outros hidrocarbonetos. “É como se fosse um software. No caso do diesel, mudamos apenas uma ou duas enzimas. Para que ela produza querosene, trabalhamos com outras”, diz Roel Collier, diretor-geral da Amyris no Brasil.
Alexandre Battibugli
Laboratório da Amyris: uso de levedura para produzir diesel de cana-de-açúcarO procedimento é semelhante ao da produção do etanol. A cana-de-açúcar é moída e o caldo resultante é fermentado pelas leveduras modificadas. No fim do processo, enquanto o álcool é destilado, o óleo liberado pelos micro-organismos da Amyris é centrifugado. Com uma tonelada de cana-de-açúcar produz-se 50 litros de hidrocarbonetos ou 80 litros de etanol. A diferença é que os hidrocarbonetos têm teor energético 40% maior.
A expectativa é de que em 2011 a Amyris produza na usina Boa Vista, em Goiás, 10 milhões de litros de diesel. No próximo ano, começarão também os testes com querosene de cana. A companhia aérea Azul será a primeira a usá-lo. Um dos motores da aeronave será abastecido com querosene de aviação convencional e o outro com o combustível produzido pela Amyris. “Nossa expectativa é de que o bioquerosene da cana aumente a autonomia do voo, o empuxo do avião e diminua a necessidade do querosene convencional”, afirma Miguel Dau, vice-presidente da Azul. Ele será o primeiro piloto brasileiro a comandar um avião com querosene da cana.
A Mercedes-Benz também apoia a ideia e já começou a testar o diesel de cana em seus motores, numa proporção de 90% de diesel comume 10% de cana.
Da redação
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