Revista de Fundamentos de Energías Renovables y Aplicaciones
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abstracto

Pretratamiento enzimático de biomasa para la mejora de la producción de biogás- Giuliano Degrassi- Centro Internacional de Ingeniería Genética y Biotecnología

Giuliano Degrassi

< span style="line-height:107%">La producción de biogás a partir de biomasas y residuos orgánicos mediante digestión anaerobia utilizando bacterias metanogénicas es un importante proceso biotecnológico para producción sostenible de biocombustibles. Uno de los factores limitantes de este proceso es la baja tasa de conversión en biogás de la energía contenida en la biomasa. Esto se debe principalmente al difícil metabolismo de los componentes de la pared celular vegetal por parte del consorcio microbiano presente en el digestor debido principalmente a la complejidad de la celulosa, la hemicelulosa y la lignina. La celulosa es muy abundante y su conversión total en metano aumentaría la eficiencia del proceso. La producción de biogás a partir de polisacáridos y otros biopolímeros se produce a través de cuatro pasos: hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis. Es evidente la importancia de una hidrólisis más eficiente para conseguir producir más biogás. Desarrollamos tres sistemas de expresión heterólogos para la producción de las siguientes enzimas como endocelulasa (endoglucanasa) de Bacillus pumilus; celobiohidrolasa de Xanthomonas sp., beta-glucosidasa de Bacillus amyloliquefaciens. Se sabe que estas tres enzimas participan en la despolimerización de la celulosa que se produce en tres pasos: (i) escisión del polímero de celulosa y formación de oligómeros; (ii) Eliminación de dímeros (celobiosa) de los oligómeros de celulosa; (iii) Liberación de glucosa a partir de dímeros de celobiosa. Los tres genes que codifican las enzimas antes mencionadas se amplificaron por PCR, se clonaron en pTOPO, se secuenciaron para verificar la amplificación correcta y luego se clonaron en pQE, un vector de expresión que proporciona proteínas marcadas con 6xHis. E. coli M15 fue el sistema de expresión. Luego, las tres enzimas se purificaron mediante una cromatografía de afinidad de un solo paso, gracias a la etiqueta de seis histidinas, y se usaron en los experimentos de digestión de celulosa. Teniendo en cuenta que dos enzimas no eran solubles cuando se expresaban en E. coli (cuerpos de inclusión formados por celobiohidrolasa y beta-glucosidasa), se tuvo en cuenta un sistema de expresión heterólogo alternativo para la producción de las enzimas, la levadura Pichia pastoris. El objetivo final del proyecto es el desarrollo de un método de pretratamiento para la conversión de biomasas y residuos orgánicos industriales que contienen celulosa en un sustrato para ser fermentado por bacterias metanogénicas para la producción de biogás. Si bien la expresión heteróloga en Pichia aún está en desarrollo, ya contamos con un sistema eficiente para la producción de la endoglucanasa bacteriana recombinante. Se han determinado las condiciones óptimas para el uso de esta enzima y el pH óptimo es 6.0 y la temperatura óptima es 400C. En estas condiciones, pH 6,0 y temperatura de 400C, la enzima mantuvo hasta el 50% de su actividad después de una semana. La enzima se probó en algunos sustratos y se encontró que podía despolimerizar la celulosa de microfibrillas (Sigma), la celulosa de fibra corta residual de la industria del papel, el polvo de mazorca de maíz y el polvo de tallo de maíz con una actividad específica de 251, 142, 75 y 70 UI/ mg respectivamente. El próximo paso será la medición del potencial metanogénico de diferentes residuos orgánicos que contienen celulosa con y sin pretratamiento con la enzima celulolítica. Después de este experimento, se calculará la sostenibilidad económica de este proceso, comparando el costo del pretratamiento y el beneficio logrado en términos de una mayor producción de biogás.