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Fotosíntesis en una gota | Noticias de la Ciencia y la Tecnología (Amazings® / NCYT®)

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Durante varios miles de millones de años, los microorganismos y luego las plantas forjaron a través de la evolución el notable proceso que conocemos como fotosíntesis. La fotosíntesis convierte la energía del Sol en energía química, proporcionando así a la vida en la Tierra alimento y oxígeno. Los compartimentos celulares que albergan las máquinas moleculares, los cloroplastos, son probablemente los motores naturales más importantes de la Tierra. Muchos científicos consideran que reconstruir y controlar artificialmente el proceso fotosintético es el «proyecto Apolo de nuestro tiempo», en alusión a la magnitud del reto tecnológico que representó enviar seres humanos a la Luna en el marco del programa Apolo que inició sus vuelos en la década de 1960. Dominar a fondo la fotosíntesis significaría adquirir la capacidad de producir energía limpia y de elaborar de modo limpio diversos tipos de compuestos de uso habitual, empleando para ello poco más que la luz y el dióxido de carbono.

 

Pero, ¿cómo construir una célula fotosintética viviente? La clave para imitar los procesos de una célula viva es conseguir que sus componentes trabajen juntos en el momento y lugar adecuados. En la Sociedad Max Planck de Alemania, este ambicioso objetivo se persigue en una iniciativa interdisciplinaria de varios laboratorios, la red MaxSynBio. Ahora, un equipo de investigación de la Sociedad Max Planck, encabezado por Tobias Erb y Tarryn Miller del Instituto de Microbiología Terrestre en Marburgo, ha logrado desarrollar una plataforma para la construcción automatizada de compartimentos fotosintéticos del tamaño de una célula, «cloroplastos artificiales», que son capaces de capturar y transformar dióxido de carbono, un gas con efecto invernadero, empleando para el proceso energía lumínica.

 

Los investigadores de la Sociedad Max Planck se sirvieron de dos avances tecnológicos recientes. En primer lugar, la biología sintética para el diseño y la construcción de sistemas biológicos novedosos, como las redes de reacción para la captura y la conversión de dióxido de carbono. Y en segundo lugar, la microfluídica, para el ensamblaje de materiales blandos, como las gotitas del tamaño de una célula.

 

 

Los tilacoides están encapsulados en microgotas de aproximadamente 90 micrómetros de diámetro. Equipados con un conjunto de enzimas, los cloroplastos semisintéticos fijan el dióxido de carbono mediante la energía solar, siguiendo el ejemplo de la naturaleza. (Imagen: Max Planck Institute for terrestrial Microbiology / Erb)

 

El mecanismo fotosintético aislado de la planta de espinaca demostró ser lo suficientemente robusto como para poder ser utilizado para impulsar reacciones simples y redes de reacción más complejas con luz. Para la fase oscura de la fotosíntesis (la que se realiza independientemente de la luz), los investigadores utilizaron su propio módulo metabólico artificial, el ciclo CETCH. Consiste en 18 biocatalizadores que convierten el dióxido de carbono de manera más eficiente que el metabolismo del carbono que opera de manera natural en los vegetales. Después de varias rondas de optimización, el equipo logró la fijación in vitro del dióxido de carbono en un proceso controlado por luz.

 

Otro desafío fue el ensamblaje del sistema dentro de un compartimento micrométrico. En cooperación con el laboratorio de Jean-Christophe Baret en el Centro de Investigación Paul Pascal en Francia, los investigadores desarrollaron una plataforma para encapsular las membranas semisintéticas en gotitas comparables a células.

 

La plataforma microfluídica resultante es capaz de producir miles de gotitas estandarizadas que pueden equiparse individualmente según las capacidades metabólicas deseadas.

 

Equipar al cloroplasto artificial con las nuevas enzimas y reacciones dio como resultado una tasa de unión del dióxido de carbono que es 100 veces más rápida que las logradas en los enfoques sintéticos-biológicos anteriores. En opinión de Erb, a largo plazo los sistemas similares a procesos biológicos podrán aplicarse prácticamente a todas las áreas tecnológicas, incluyendo la ciencia de los materiales, la biotecnología y la medicina; estamos solo al principio de este emocionante camino. Además, los resultados son un paso más hacia la superación de uno de los mayores retos del futuro: las concentraciones cada vez mayores de dióxido de carbono en la atmósfera. (Fuente: NCYT Amazings)

Fuente de TenemosNoticias.com: noticiasdelaciencia.com /

Publicado el: 2020-05-18 05:15:28
En la sección: Ciencia Amazings® / NCYT®

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