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lunes, 11 de abril de 2011

IMPORTANCIA DE LA ENZIMA RuBisCO EN LA PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES.

Mayo 11 de 2010.
PARA FIJAR EL CARBONO, EL ALIMENTO, LA ENERGÍA: ARREGLE LA RuBisCO (La madre de todos los desafíos en los biocombustibles).

Rubisco suena como un mezcla entre "energía renovable" y "Nabisco", el comercializador internacional de alimentos, es una coincidencia, pero feliz. Para el futuro de los dos no hay nada más clave que la enzima Rubisco.
Fue el bioquímico Dr. Ganesh Kishore, ahora el CEO de La Malasia Ciencias de la Vida Fondo de Operaciones y anteriormente Jefe Oficial de Biotecnología de Dupont, quien planteó la cuestión en una reciente reunión de Burrill & Company Limited Partners, cuando dijo que la investigación en los biocombustibles, mientras que impresiona y es loable, está excesivamente centrada en medio de la corriente de las tecnologías de procesamiento y no en el factor clave: la tasa terriblemente baja a la cual las plantas convierten la luz solar en energía.
EL PROBLEMA DE LA EFICIENCIA FOTOSINTÉTICA.
Modelo de la enzima RuBisCO.
Por ejemplo, al revisar el maíz con una tasa de 1-2 por ciento de eficiencia. El aumento de la eficiencia fotosintética a 10-12 por ciento, dijo Kishore: esta es la oportunidad. Este es de los puntos más interesantes planteados este año en el círculo de los biocombustibles, ya que con esa solución, por lo que muchas de las preocupaciones acerca de los biocombustibles - igualdad de costes, alimentos vs combustibles, el coste del transporte de la biomasa - comienzan a desvanecerse.
Lo que nos lleva a la niña problema, la Rubisco, o por su nombre completo ribulosa-1,5 -bisfosfato carboxilasa oxigenasa. Aunque desconocido para el ciudadano promedio, no es nada raro; de hecho, es la proteína más abundante en la tierra.
Su papel: es la enzima que cataliza el primer paso en la fijación del carbono atmosférico (para la mayoría de las plantas, y también para las cianobacterias) - en resumen, es una puerta de entrada al crecimiento de las plantas y el secuestro de carbono.
Lenta, de pocas luces la RuBisCO.
Aunque abundante, es una enzima lenta, de pocas luces, si alguna vez hubo una. Tan lenta que fija sólo tres moléculas de carbono por segundo, y así de tan pocas luces que tiene problemas para distinguir entre el oxígeno y el CO2. Bajo muchas condiciones, fijará oxígeno en lugar del CO2, en un proceso llamado respiración que causa la pérdida de carbono y le roba a la planta la oportunidad de crecer.
La RuBisCO acelera y embellece , y como una autopista con peaje lenta , la bioproductividad puede llegar a niveles compatibles con los alimentos que necesita y la energía para convertir los cultivos tanto en alimento como en combustible.
Es un tema tentador que debio haber atraído hace mucho tiempo un Premio X, o algún otro financiamiento brillante de investigación estratégica. En su lugar, los dinerales están financiando las tecnologías de procesamiento; que sólo agravan el dilema de los alimentos vs combustibles , la fabricación de combustible más barato y la producción más barata a partir de materias primas excesivamente caras y, además, tienta a el cambio en el uso de la tierra, temas que han estado plagando la industria.
En comparación a los millones prodigados en otras áreas de la investigación energética, la investigación sobre la RuBisCO es una esquina con fondos insuficientes. Por supuesto, que es el tema de la investigación dedicada por una serie de académicos y el USDA (entre otros), pero apenas recibe el foco central en consonancia con su posición, en cuclillas en el cruce de muchas de las prioridades nacionales (y mundiales). Tiene un grupo muy talentoso de investigadores que han tripulado las almenas por un largo tiempo, que se merece refuerzo.
La ampliación de los biocombustibles - a raíz del derrame de petróleo de BP.
A raíz del derrame de petróleo de BP en el Golfo de México, muchos están buscando a tientas una solución inmediata, y la Asociación de Combustibles Renovables, entre otros han señalado fuertemente a la ampliación de los biocarburantes que proporcionen la mejor alternativa a corto plazo a más de la perforación, y a más dependencia del petróleo de origen fósil.
Sin embargo, a los biocombustibles se les hace críticas, y aunque muchas son ridículas, a muchas se le présta el oído. ¿Por qué? El problema de fondo de los biocombustibles - avanzados o no – sobre el que los críticos entrenan sus dagas, es alarmantemente simple: es la ausencia de materias primas para biocombustibles, sostenibles, asequibles y a gran escala.
En la transición global a partir de combustibles fósiles - 1.2 trillones de galones de combustibles convencionales estan en juego, lo que hace requerir un aporte del vecindario de 10-20 billones de toneladas de biomasa al año en recursos adicionales, de biomasa recuperable. Vamos a poner esto en contexto - toda la cosecha de maíz de los EE.UU. pesa alrededor de 370 millones de toneladas. El desacuerdo entre los gourmets, los ambientalistas, el ganado y los intereses diarios, y los defensores de la seguridad energética están todos impulsados ​​por una baja eficiencia fotosintética.
Es un debate conducido - en algunas esquinas lleva a el odio - y seguramente en el mundo en desarrollo es un obstáculo para el progreso económico que produciría la estabilidad y la paz. Estamos de acuerdo debido a las diferentes prioridades, y es un importante debate sobre el reparto justo de un pastel. Pero en un mundo donde el hambre existe, y los combustibles fósiles se están agotando, es más importante hacer más pasteles, si se puede hacer de forma sostenible.
Límites de la de biomasa sostenible y asequible.
En los EE.UU. los pronósticos tienden a pensar en términos de 1 billón de toneladas de biomasa sostenible - una estimación ampliamente considerada como un escenario optimista. Aunque las plataformas no convencionales como las algas o las cianobacterias prometen ampliarlo , en 2008 la cacofonía "alimentos versus combustible" fue sólo la primera bala de salva en una guerra de largo aliento sobre el quién, el qué y por qué del control de los recursos de la biomasa. Apropiarse de la tierra, aprovechar las políticas, o de hacer sentir culpable a la nación con opciones falsas, tales como "alimentos versus combustible" son un conjunto de enfoques. Elevar el rendimiento de producción de un cultivo objetivo es otra. Producir más biomasa a través de consejos más inteligentes, una RuBisCO más rápida - que es mejor.
Crisis alimentaria o crisis en la distribución del ingreso.
Hay más en juego que los biocombustibles. En el mundo se produce más alimentos por habitante hoy que, en 1960, y la crisis de hambre en el mundo que las ONG y la ONU hablan no es una crisis de distribución de alimentos, pero si de distribución del ingreso. El 50 por ciento de la población mundial vive en zonas rurales, y no hay solución para los problemas de la distribución del ingreso mundial sin resolver el problema de los ingresos rurales. Los biocombustibles proporcionan el mecanismo más conocido para mejorar los ingresos rurales a largo plazo.
¿Qué otra cosa es el producto en la mejora de los ingresos rurales? Bueno, por una parte, las familias más pequeñas - porque es un hecho demográfico bien establecido que las familias más acomodadas tienen menos hijos. Con menos bocas que alimentar, menor presión de crecimiento demográfico y menor presión sobre el recurso escaso del agua y los recursos de alimentos. Por no hablar de la presión reducida en las emisiones de carbono de las poblaciones más pequeñas.
El reto de la productividad rural.
Todo está atado a la productividad rural, y en última instancia de los biocombustibles - pero en la actualidad es más la urgencia en la productividad de materias primas, lo que necesita más atención, y ya. Ahora, al margen de la mejora de los rendimientos y a la sequía y a la resistencia de las plagas, pero más en el duro trabajo de transformación de centralizarse en la eficiencia fotosintética.
Sólo en ese escenario hay la esperanza real de lo que el CEO de Syngest Jack Oswald ha llamado "abundancia de energía". ¿Dónde se encuentra las respuestas más en términos de re-educación de esta enzima omnipresente, completamente antigua, e increiblemente semejante a la pereza?
Seguramente en la ingeniería genética, y a tal vez en ese otro niño olvidado de investigación de la biomasa, las algas rojas - conocidas principalmente por el público como la fuente de sushi, envoltura de algas.
Un trabajo prometedor que se ha hecho en la exploración de la estructura genética de ciertas algas rojas en los rasgos que puedan subsanar las deficiencias en la Rubisco. Se necesita más.
La Ley de Moore y la investigación genética.
Pero un tipo diferente de esfuerzo educativo también es necesario. Porque estamos en un entorno de la Ley de Moore en la tecnología de secuenciación de genes, donde la velocidad y el costo de la secuenciación está cayendo en un factor de 2 cada año. Tuvo un costo de US $ 3 mil millones y tomó años para secuenciar el genoma humano, en un proyecto que se completó en 2003. Hoy en día, toma 60-90 días y cuesta US $ 48.000. Para el año 2012 más o menos, el costo se espera que caiga tan bajo como US $ 1,000.
Pero tomará ir más allá del 2022, el último año de la Norma de Combustibles Renovables - ¿por qué eso es 2 a la potencia 12 - por la Ley de Moore, podríamos esperar un genoma para ser secuenciado en una media hora por menos de US $ 12. Lo que seria 6000 millones de pares de bases por hora. Eso una montaña de datos.
El tiempo para capacitar a los analistas y desarrollar las herramientas es ahora. 6000 millones de pares de bases no se van a analizar.
Ese es el secreto de liberar el potencial de la Rubisco. Esa es la tarea digna de un esfuerzo nacional - o la meta internacional de investigación. Se habló mucho del Proyecto Manhattan, o del Proyecto Apolo; para la seguridad energética, la seguridad alimentaria, para la seguridad climática.
Tal esfuerzo hercúleo podría mejorar el objetivo de la Rubisco, y la respuesta se encuentra dentro de los tres.
Notas y lecturas adicionales.
Notas sobre investigación en campo: Hay una gran cantidad de investigación sobre la RuBisCO por muchas mentes agudas - se necesita más. El SIA del USDA recoge información sobre los esfuerzos de investigación, señalando que alrededor de 200 artículos sobre el tema se publican al año. Aquí hay un enlace a su trabajo (http://www.ars.usda.gov/research/publications/publications.htm?seq_no_115=212674). Aquí hay una buena historia también, de la Universidad de Illinois.(http://www.life.illinois.edu/govindjee/Part1/Part1_PortisJr_Salvucci.pdf)
Aquí hay un buen manual sobre la RuBisCO, de la RCSB Protein Data Bank.(http://www.pdb.org/pdb/static.do?p=education_discussion/molecule_of_the_month/pdb11_1.html)
Un ejemplo, uno de los principales investigadores de la ingeniería de la Rubisco es el laboratorio Matsumura de la Universidad Emory(http://www.biochem.emory.edu/labs/imatsum/current%20projects.htm).
Ya en 2006, un progreso se informó en un gen mutante de la RuBisCO que "exhibió una mejora de 5 veces en una actividad específica en relación con la enzima de tipo salvaje. Según los científicos, estos grandes cambios en la eficiencia de la RuBisCO podría dar lugar a un crecimiento de las plantas más
rápido, al secuestro del CO2 del aire más rápido y la eliminación más eficiente por parte de la planta de los gases de efecto invernadero de la atmósfera. "(http://ec.europa.eu/environment/integration/research/newsalert/pdf/11na1.pdf)
¿Quién puede hacer algo?: Además de los trabajos en curso en el USDA, la Fundación Nacional de Ciencias y la Oficina de Ciencia del DOE tienen la oportunidad de aumentar la financiación en este ámbito. Los fondos designados por el Congreso puede recorrer un largo camino hacia la galvanización de la investigación básica, aunque, como normalmente se implementa, "Lo mejor que puede decirse es que son una molestia", según el ex secretario adjunto del Departamento de Energía David Conover. El Congreso asignó fondos US por $ 445 millones para proyectos en 2010, que en un artículo amigable del DOE en el Wall Street Journal calificó de "minando las prioridades del Jefe de Energía."
Viendolo desde el otro lado: David Tyler, en su blog alojado en la Red de Acceso a la Investigación (Access Research Network), escribe: En la última década, el péndulo ha oscilado lejos de la idea de que la Rubisco es un diseño poco inteligente. Sus logros son notables.( http://www.arn.org/blogs/index.php/literature/2010/01/21/rubisco_is_not_an_example_of_unintellige)
Tomado de la Revista Naturaleza (Nature): John Ellis, escribiendo el 14 de enero de 2010 en la Revista Naturaleza (Nature) de ese año, opina: "La enzima clave en la fotosíntesis, la Rubisco, es una reliquia de una época pasada. La capacidad de montar la Rubisco en un tubo de ensayo ofrece la posibilidad de manipular genéticamente la enzima para que sea apta para el mundo moderno. la Rubisco es la enzima más importantes del planeta; casi todo el carbono orgánico de la biosfera se deriva en última instancia del dióxido de carbono que esta enzima fija de la atmósfera. Pero la Rubisco es también una de las enzimas más ineficientes sobre el planeta."(http://www.nature.com/nature/journal/v463/n7278/full/463164a.html)
Fuente: Selecciones de Biocombustibles. Jim Lane.