¿Pueden reducir las bacterias las emisiones de metano a la atmósfera?

Bioconversión de metano a lactato por bacterias metanotrofas obligadas

El metano (CH₄) es el segundo gas de efecto invernadero más abundante, ya que representa el 60 % de las emisiones procedentes de las fuentes antropogénicas (es decir, que proceden de actividades humanas: basureros, minas, centrales eléctricas, geotérmicas, desechos industriales, y otras fuentes no deseadas ), el 40% restante se produce por fuentes naturales.

Emisiones globales de metano. Fuente Euronews

 Es el componente mayoritario del gas natural y del biogás por lo que convertirlo a combustibles y a productos químicos con valor industrial nos da la oportunidad de reducir las emisiones de estos gases a la atmósfera. El aprovechamiento de la energía del metano lo posiciona como un prometedor sustituto del petróleo como combustible fósil.

¿Pueden los microorganismos bioconvertir el metano en productos de interés?    La respuesta es sí. Methylomicrobium buryatense es una bacteria aerobia, metanotrófica obligada capaz de utilizar el metano o el metanol (CH₃OH) como fuente de carbono y energía. Evidentemente no es la única bacteria con este metabolismo, su importancia radica en estudios previos de su genoma que han permitido desarrollar algunas herramientas de ingeniería genética, escasas en este grupo de bacterias. Además es halotolerante alcalina esto le permite crecer pese a las sustancias tóxicas presentes en el gas natural.

Una de las técnicas más importantes que se ha desarrollado es la capacidad de introducir un vector plasmídico de expresión capaz de sobreexpresar en M. buryatense el gen de la enzima L-lactato deshidrogenasa (LDH) de Lactobacillus helveticus, que se encarga de reducir el piruvato a lactato.

Se desarrollaron una serie de experimentos con los que producir lactato a partir de metano de una forma eficiente. El lactato (ácido láctico) tiene muchas aplicaciones a nivel industrial, como materia prima del biopolímero lactida para producir bioplásticos, en cosméticos sustituyendo a la glicerina, en alimentos como regulador de la acidez, en curtimiento de pieles, etc.

Sin embargo, nos encontramos ciertas limitaciones en el procedimiento, M. buryatense sólo puede emplear el metano en estado líquido (CH₄ gas a temperatura ambiente), la acumulación de altas concentraciones de lactato en el medio inhibe el crecimiento microbiano y que parte del piruvato producido se sigue oxidando para producir biomasa, esto provoca que el rendimiento de la bioconversión sea muy bajo. El escalado del proceso hasta un biorreactor de removido de 5 L, ha permitido obtener 0,8 g de lactato por cada litro de metano.

Por otro lado, como hemos adelantado antes, los metanótrofos son considerados una fuente de producción de biomasa, debido a su capacidad para la acumulación de lípidos en el medio intracelular, que son útiles para hacer biocombustibles. Los FAME (Fatty acid methyl ester), que son los lípidos con potencial de ser utilizados para producir biocombustibles, son acumulados igualmente, aunque se esté produciendo el lactato.

Uso del metano por M.buryatense silvestre.

Bajo las condiciones experimentales de los investigadores el eficiencia en la conversión de metano a lactato se llevo de un 5% a un 75%.

Las perspectivas futuras son muy prometedoras con vistas a escalar el proceso a nivel industrial y a mejorar de las cepas de M. buryatense para seguir aumentando el rendimiento de la producción de lactato.

Trabajo realizado por

Javier Huerta Lobregad

Javier Alcalde Marchena

Javier Antonio Alemany Pastor

Pablo Miralles Devesa

César Martínez Guardiola

Bibliografía

·         Calvin A. Henard, Holly Smith, Nancy Dowe, Marina G. Kalyuzhnaya, Philip T. Pienkos & Michael T. Guarnieri.

       Bioconversion of methane to lactate by an oblígate methanotrophic bacterium.

       Scientific Reports. 2016   Feb

·         M. G. Kalyuzhnaya, S. Yang, O. N. Rozova, N. E. Smalley, J. Clubb, A. Lamb, G. A. Nagana Gowda, D. Raftery,  Y. Fu, F. Bringel, S. Vuilleumier, D. A. C. Beck, Y. A. Trotsenko, V. N. Khmelenina, M. E. Lidstrom

       Highly efficient methane biocatalysis revealed in a methanotrophic bacterium.

       Nature Communications. 2013 Dec 03.