Existen muchas especies que por su naturaleza producen pequeñas cantidades de hidrocarburos. Recientemente, investigadores de la startup LS9, con sede en South San Francisco, California, han descrito los genes y enzimas responsables de esta producción de alcanos, los principales componentes de combustibles como el diesel. Estos hallazgos, publicados en la edición actual de la revista Science, han permitido a los investigadores diseñar bacterías E. coli que pueden secretar hidrocarburos alcanos capaces de ser quemados en motores diesel.

LS9 había informado anteriormente sobre el uso de bacterias para producir combustibles de hidrocarburos, pero ésta es la primera vez que los investigadores revelan cómo lo hicieron. "Se trata de la primera caracterización de estas enzimas. Prácticamente no se sabía nada acerca de qué enzimas eran las responsables ni de cómo lo hacen", indica Frances Arnold, profesora de ingeniería química, bioingeniería química y bioquímica del Caltech. Arnold no participó en el trabajo de LS9. Este descubrimiento "abre todo un nuevo conjunto de posibilidades", afirma ella. "Estas reacciones son muy interesantes. La naturaleza ha hecho algunas versiones de ellas. Actualmente, en el laboratorio, podemos hacer muchas más versiones, por lo que uno puede dejar correr su imaginación." Sin embargo, cualquier aplicación comercial que Arnold y otros descubran probablemente requerirá un acuerdo de licencia con LS9, puesto que ésta empresa ha solicitado una patente para su descubrimiento.

Los investigadores de LS9 descubrieron los genes implicados mediante la comparación de los genomas de 10 cepas de cianobacterias (también llamadas algas azul-verde) que producen alcanos naturalmente con una cepa muy similar que no produce alcanos. Identificaron 20 genes que las cepas productoras de alcanos tenían pero que la cepa no productora de alcano no. A partir de ahí, los investigadores redujeron las posibilidades hasta que identificaron los genes y las enzimas necesarias para la producción de alcanos. Confirmaron su descubrimiento mediante la incorporación de estos genes en E. coli y la medición de los alcanos que las bacterias produjeron posteriormente. Estas bacterias secretan los alcanos, que pueden entonces ser fácilmente recogidos y utilizados como combustible.

Los organismos fabrican alcanos a través de un proceso complejo que produce ácidos grasos a partir de dióxido de carbono o de azúcares. Seguidamente, estos ácidos grasos son convertidos por los organismos a un aldehído que incluye un átomo de carbono unido a un átomo de oxígeno (en conjunto crean lo que se llama un grupo carbonilo). La enzima aldehído decarbonilasa ayuda a eliminar este grupo para formar una cadena de átomos de hidrógeno y carbono--el hidrocarburo. El proceso natural produce una colección de hidrocarburos de diferentes longitudes que son comparables a las moléculas de hidrocarburos en el gasóleo.

Varios grupos de investigación de universidades y empresas han estado buscando maneras de fabricar combustibles renovables que sean lo suficientemente similares a la gasolina, diesel y combustible para cohetes a base de petróleo como para ser usados en los vehículos existentes. Estos combustibles serían más versátiles que el etanol, que no se puede utilizar en concentraciones altas en los motores comunes. El descubrimiento del LS9 supone un empujón a estos esfuerzos.

Sin embargo, aún que mucho que hacer antes que los genes puedan fabricar cantidades comerciales de combustible a precios que puedan competir con los combustibles fósiles. "Queda un largo camino hasta la descripción de un proceso comercialmente viable para la fabricación de alcanos", señala Arnold. "El combustible tiene que ser muy barato. No está claro que se consiga obtenerlo de forma fácil y barata por esta vía." Un reto fundamental es escalar el proceso. "Todo se reduce a si se puede enviar suficiente carbono a través de esta vía para llegar a niveles industriales", afirma ella.

LS9 ha estado diseñando E. coli mediante ingeniería genética para optimizar el proceso por el cual la bacteria convierte el azúcar en combustible. Por ejemplo, la E. coli, naturalmente se nutre de algunos de los ácidos grasos que produce, en vez de utilizarlos como materia prima para la producción de alcanos. LS9 está alterando la bacteria para que no se coma a los ácidos grasos, lo que ayuda a aumentar la cantidad de combustible generado, indica Andreas Schirmer, director asociado de ingeniería metabólica de LS9.

El primer combustible de la empresa en llegar al mercado probablemente no será un hidrocarburo. Hace cuatro años, esta empresa comenzó a desarrollar un combustible basado en ésteres grasos que afirma podría servir como sustituto del combustible diesel, y se encuentra más cerca del mercado que el combustible de hidrocarburos que comenzó a desarrollar hace dos años, cuando por primera vez identificó los genes y las enzimas de alcanos.