29 de septiembre de 2022 (Noticias de Nanowerk) Las materias primas fósiles son limitadas y no están disponibles ni se pueden extraer en ninguna parte del mundo, como nos estamos dando cuenta en este momento con el ejemplo de los combustibles fósiles y el aumento de los precios de la energía. Por lo tanto, las fuentes de materias primas renovables desempeñarán un papel cada vez más importante en el futuro: como fuentes de energía, pero idealmente también como proveedores de componentes básicos para productos químicos y materiales más compatibles con el medio ambiente. Para utilizar materias primas renovables, como los aceites vegetales, para la producción de productos químicos, primero deben procesarse y, en algunos casos, convertirse químicamente. En la industria, este proceso se conoce comúnmente como refinado. Hasta ahora, se requerían procesos complejos para extraer y separar las materias primas biológicas de las células en las que se producían, antes de que los materiales pudieran mejorarse y procesarse más.

Expansión de la maquinaria natural de las células.

La investigadora doctoral Natalie Schunck y el profesor Stefan Mecking del Departamento de Química de la Universidad de Konstanz ahora han abierto una manera de hacer que el paso de mejorar las materias primas sostenibles sea mucho más eficiente. Lograron introducir catalizadores sintéticos adecuados, es decir, sustancias que provocan las reacciones de mejoramiento deseadas, en algas unicelulares, específicamente, en el sitio donde producen y almacenan sus lípidos. La metátesis catalítica de olefinas se puede llevar a cabo en diatomeas vivas. En el proceso, los ácidos grasos almacenados en los orgánulos lipídicos de las algas se convierten en componentes básicos de polímeros y productos químicos. (Imagen: grupo Mecking) En su artículo reciente en Angewandte Chemie (“La metátesis de olefinas in vivo en microalgas convierte los lípidos en bloques de construcción para polímeros y productos químicos”), los investigadores describen cómo los catalizadores se transportaron con éxito a su destino. Además, proporcionan evidencia de que el catalizador que han utilizado permanece estable en los compartimentos de almacenamiento de lípidos de las células de algas y cumple la tarea prevista allí: la conversión de los ácidos grasos insaturados de las células de algas en bloques de construcción de cadena larga modificados adecuados para la producción de productos químicos sostenibles. “Al introducir los catalizadores, logramos agregar una reacción química a la maquinaria de las algas que no ocurre en la naturaleza pero que es muy relevante para la mejora de aceites y grasas en la industria de procesamiento de materias primas: la metátesis de olefinas. Las células de algas podrían convertirse así en pequeñas refinerías”, resume Mecking.

Unión de dióxido de carbono atmosférico

Las microalgas que eligió Schunck son desafiantes, porque poseen una pared celular que debe superarse. Para llevar su catalizador de contrabando a su destino, la investigadora usó un truco: acopló el catalizador a un tinte que normalmente se usa para teñir las reservas de lípidos de las células de algas. De esta forma pudo asegurar y también observar que el catalizador alcanza su objetivo. “Natalie Schunck tuvo éxito en este difícil trabajo experimental debido a sus destacadas cualidades como investigadora. Este proyecto requería una amplia experiencia en química y un sólido conocimiento de biología, que había adquirido en el programa de estudios de Ciencias de la Vida”, explica Mecking. Las ventajas decisivas de estas algas son obvias: son fotoautótrofas y utilizan el dióxido de carbono atmosférico como fuente de carbono y la luz solar como fuente de energía para la fotosíntesis de compuestos químicos complejos, como sus ácidos grasos. Esto los convierte en candidatos prometedores cuando se trata de encontrar productores de recursos renovables. “Al expandir el espectro funcional de las algas, ahora estamos un paso más cerca de usarlas a largo plazo como una microfábrica viviente de productos químicos sostenibles”, concluye Mecking.