Levedura Feliz à Luz Pode Mudar Nossa Abordagem aos Biocombustíveis

Luz é Vida

Quase toda a energia da civilização humana provém, em última análise, do sol. Alimentos, biomassa e madeira crescem graças à luz solar. E o carvão, o gás e o petróleo são formados a partir de plantas mortas de milhões de anos atrás. Até os ventos são resultado do aquecimento da atmosfera pelo sol. E, claro, hoje temos painéis solares. Considerando o quanto de nossas necessidades energéticas é atendido por organismos vivos que aproveitam o poder do sol, o conceito de biocombustíveis faz sentido.

O problema é que os biocombustíveis de primeira e segunda geração, que utilizam culturas como milho e cana‑de‑açúcar ou resíduos agrícolas, tendem a ter um rendimento energético bastante baixo devido à grande quantidade de combustíveis fósseis e fertilizantes usados para cultivar essas plantas.

Fonte: Unsplash

Os biocombustíveis de terceira geração buscam usar algas em vez disso, algo que discutimos com mais detalhes em nosso artigo “Biocombustível de Algas: A Próxima Revolução Energética?”.

Mas e se pudéssemos fazer com que quaisquer organismos fossem capazes de realizar fotossíntese? O que até agora era um sonho distante foi parcialmente alcançado por pesquisadores da Georgia Tech.

Levedura Alimentada por Luz

A levedura talvez seja o microrganismo mais bem compreendido do mundo. Os humanos têm aproveitado as capacidades bioquímicas das leveduras para produzir pão, álcool e produtos lácteos fermentados desde o alvorecer da civilização.

As leveduras também são um dos “modelos” de organismo mais comuns em laboratórios de biologia. E fábricas biológicas importantes para inúmeros medicamentos e biomoléculas úteis.

Ainda assim, as leveduras precisam ser alimentadas com açúcar ou outros compostos para permanecerem vivas. Pelo menos, isso era verdade até que Anthony Burnetti, um cientista pesquisador que trabalha no laboratório do Professor Associado William Ratcliff, conseguiu fazer com que a levedura fosse capaz de captar a energia da luz.

“Tudo o que precisávamos fazer foi mover um único gene, e elas cresceram 2% mais rápido à luz do que no escuro. Sem nenhum ajuste fino ou coaxial cuidadoso, simplesmente funcionou.”

Tipo Completamente Novo de Leveduras

A equipe tem experiência em modificar leveduras, um organismo comum e ubíquo com potencial novo e inesperado. Mais notavelmente, eles anteriormente conseguiram transformar a levedura unicelular em um organismo multicelular complexo no experimento “Experimento de Evolução a Longo Prazo da Multicelularidade“.

Fonte: Georgia Tech

Um limite ao crescimento desses organismos de levedura multicelular era o acesso ao oxigênio nos “tecidos” internos. Foi por isso que eles passaram a tornar a levedura um organismo fotossintético.

Para isso, eles adicionaram uma proteína, a rodopsina, às leveduras. Sabe‑se que essa proteína realiza certa fotossíntese sem as complexas proteínas e biomoléculas das plantas superiores (como a clorofila).

Apenas ao adicionar um gene que codifica a proteína rodopsina, a levedura pôde captar luz e crescer mais rápido. O aumento foi modesto, apenas +2% na taxa de crescimento, mas significativo devido à simples alteração. E esse crescimento aumentado ainda não foi otimizado.

Biocombustível com Biologia Sintética

Até agora, a pesquisa em biocombustíveis tem tentado modificar plantas já fotossintéticas (milho, cana‑de‑açúcar ou algas) e tornar o processo eficiente o suficiente para fazer sentido econômico.

Mas isso encontrou vários obstáculos, pois os biomateriais em plantas superiores e culturas como o milho não estão prontamente disponíveis, e transformá‑los em etanol implica muitas perdas de energia. Enquanto isso, as algas são mais promissoras, mas cultivá‑las sem contaminação está longe de ser uma tarefa simples.

Ao contrário, o cultivo de levedura é um processo bem compreendido, rotineiramente realizado em processos industriais massivos. Transformar levedura em um substituto das algas poderia abrir caminho para novos métodos de síntese de biocombustíveis. Em vez de depender de processos complexos para cultivar algas, poderíamos engenheirar leveduras ou bactérias para que cresçam apenas com luz solar e aproveitar o fato de que esses organismos são muito mais fáceis de produzir em quantidades industriais.

Estoques de Combustível Bioengenheirados

No geral, este ainda é um segmento muito jovem e promissor da pesquisa e bioengenharia de biocombustíveis. Portanto, as empresas mais propensas a tentar torná‑lo realidade precisarão de altos níveis de expertise em biologia sintética e/ou produção de biocombustíveis.

A lista abaixo é apenas uma sugestão de quais empresas podem ver potencial na descoberta dos pesquisadores da Georgia Tech.

1.  Reliance Industry

Reliance Industry é um enorme conglomerado indiano, a maior empresa privada do país, atuante em telecomunicações, têxteis e energia. Em 2022, foi a primeira empresa indiana a alcançar US$ 100 bilhões em receitas.

A Reliance anunciou em 2022 sua entrada no mercado de biocombustíveis de algas, orgulhando‑se de “um dos maiores sistemas de cultivo de algas do mundo”. Até agora, seu portfólio energético era composto principalmente por refinarias e plantas petroquímicas. Com este projeto de algas, poderia iniciar a produção e usar o sol abundante na Índia (bem como desertos não cultivados) para reduzir a extrema dependência do país de importações de combustíveis fósseis estrangeiros.

A empresa também está ativa na produção de biogás a partir de resíduos agrícolas, tornando‑a a maior produtora de bioenergia da Índia.

2. Ginkgo Bioworks

A empresa produz organismos sob demanda para aplicações específicas. Isso inclui aplicações biomédicas, mas também inúmeros programas industriais e de ciências dos materiais.

A Ginkgo é exatamente o tipo de empresa para a qual grandes conglomerados industriais como a Reliance poderiam recorrer para projetar uma levedura personalizada dedicada à produção de biocombustíveis.

A Ginkgo Bioworks (DNA ) diversificou amplamente suas aplicações com muitos programas de pesquisa e parcerias:

• Canabinoides
• produção de vacinas de mRNA e medicina de ácidos nucleicos
• Proteínas alimentares
• Produção de fertilizante biológico em parceria com a Bayer
• Micróbios programáveis para doenças intestinais
• Biorremediação de microplásticos
• Biosegurança e detecção de patógenos
• Reciclagem de resíduos e contaminantes

Ela ganha dinheiro sendo paga antecipadamente pelo processo de desenvolvimento e depois por meio de royalties sobre o produto final.

2023 foi um ano abundante para a Ginkgo, com dezenas de parcerias, incluindo:

• $331 milhões em acordos com a Pfizer.
• $490 milhões em acordo com a Merck para otimizar a fabricação de biológicos.
• $406 milhões em acordo com a Boehringer Ingelheim para alvos não farmacológicos.
• Colaboração com a Biogen e a Novo Nordisk por valores não divulgados.

Fonte: Gingko Bioworks

A Ginkgo Bioworks também faz parceria com todas as principais corporações agrícolas, a maioria das quais tem algum interesse na produção de biocombustíveis e microbiologia. Algumas dessas incluem Bayer, Cargill, Syngenta, Corteva, ADM, Exacta e outras.