7.15B: Genómica y Biocombustibles
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Objetivos de aprendizaje
- Explicar el proceso de creación de nuevos biocombustibles mediante el uso de genómica microbiana
El conocimiento de la genómica de los microorganismos se está utilizando para encontrar mejores formas de aprovechar los biocombustibles de algas y cianobacterias. Las principales fuentes de combustible hoy en día son el carbón, el petróleo, la madera y otros productos vegetales, como el etanol. Si bien las plantas son recursos renovables, aún es necesario encontrar más fuentes de energía renovables alternativas para satisfacer las demandas energéticas de nuestra población. El mundo microbiano es uno de los mayores recursos para los genes que codifican nuevas enzimas y producen nuevos compuestos orgánicos, y permanece en gran parte sin explotar.
Para la descomposición de la biomasa microbiana, ya se han identificado muchos candidatos. Estas incluyen especies de Clostridia por su capacidad para degradar celulosa, y hongos que expresan genes asociados a la descomposición de las características más recalcitrantes de la pared celular vegetal, lignina, el “pegamento” fenólico que imbuye a la planta con integridad estructural y resistencia a plagas. El hongo de podredumbre blanca Phanerochaete chrysosporium produce enzimas oxidativas extracelulares únicas que degradan eficazmente la lignina al obtener acceso a través de la matriz protectora que rodea las microfibrillas de celulosa de las paredes celulares de la planta.
Otro hongo, la levadura Pichia stipitis, fermenta la xilosa de cinco carbonos “azúcar de madera” abundante en maderas duras y residuos de cosecha agrícola. El genoma recién secuenciado de Pichia ha revelado conocimientos sobre las vías metabólicas responsables de este proceso, guiando los esfuerzos para optimizar esta capacidad en cepas de producción comercial. La ingeniería de vías promete producir una variedad más amplia de organismos capaces de fermentar todo el repertorio de azúcares derivados de la celulosa y la hemicelulosa y tolerar concentraciones más altas de etanol para optimizar los rendimientos de combustible. Por ejemplo, el contenido del intestino posterior del propio biorreactor de la naturaleza, la termita, ha producido más de 500 genes relacionados con la deconstrucción enzimática de celulosa y hemicelulosa.
Puntos Clave
- Los microorganismos pueden codificar nuevas enzimas y producir nuevos compuestos orgánicos que pueden ser utilizados como biocombustibles.
- El análisis genómico del hongo Pichia permitirá optimizar su uso en la fermentación de combustibles de etanol.
- El análisis de los microbios en el intestino posterior de las termitas ha encontrado 500 genes que pueden ser útiles en la destrucción enzimática de la celulosa.
- Los marcadores genéticos se han utilizado en el análisis forense, como en 2001 cuando el FBI utilizó la genómica microbiana para determinar una cepa específica de ántrax que se encontró en varios correos.
- La genómica se utiliza en la agricultura para desarrollar plantas con rasgos más deseables, como la sequía y la resistencia a enfermedades.
Términos Clave
- recurso renovable: un recurso natural tal que se repone por procesos naturales a una tasa comparable a su tasa de consumo por humanos u otros usuarios
- biocombustible: cualquier combustible que se obtenga de un recurso biológico renovable