Investigadores iraníes Amir Feizi, Payam Ghiathi y Adel Ghaderi en assachusetts Institute of Technology (MIT) han encontrado una nueva manera de aumentar la tolerancia de la levadura contra el etanol, dando un paso gigante en la producción de biocombustibles impulsado.

La levadura se utiliza comúnmente para transformar materiales de maíz y otros vegetales en biocombustibles como el etanol. Sin embargo, grandes concentraciones de etanol pueden ser tóxicas para la levadura, lo que ha limitado la capacidad de producción de muchas cepas de levadura utilizadas en la industria.

«La toxicidad es probablemente el problema más importante en la producción de biocombustibles rentable», dijeron los investigadores.

Ahora Stephanopoulos y sus colegas en el MIT y el Instituto Whitehead para la Investigación Biomédica han identificado una nueva forma de aumentar la tolerancia al etanol por la levadura simplemente alterando la composición del medio en el que se cultiva la levadura. Ellos reportan los hallazgos, que creen que podría tener un impacto significativo en la producción de biocombustibles industriales, en la revista Science.

Etanol y otros alcoholes pueden romper las membranas celulares de levadura, eventualmente matando las células. El equipo del MIT encontró que la adición de potasio y iones hidróxido al medio en el que crecen las células de levadura puede ayudar a compensar que el daño de la membrana. Al hacer estos cambios, los investigadores fueron capaces de impulsar la producción de etanol de la levadura en un 80 por ciento. También demostraron que este enfoque funciona con cepas de levaduras comerciales y otros tipos de alcoholes, incluyendo propanol y butanol, que son aún más tóxicos para la levadura.

«Cuanto más entendamos acerca de por qué una molécula es tóxica, y los métodos que harán que estos organismos más tolerantes, más gente va a obtener ideas sobre cómo atacar otros problemas más graves de toxicidad», dijeron los investigadores.

«Este trabajo va un largo camino para exprimir la última gota de etanol a partir de azúcar,» los investigadores.

El equipo de investigación comenzó este proyecto en busca de un gen o grupo de genes que podrían ser manipuladas para hacer que la levadura más tolerante al etanol, pero este enfoque no dió mucho éxito. Sin embargo, cuando los investigadores comenzaron a experimentar con la alteración del medio en el que crezca la levadura, encontraron algunos resultados espectaculares.

Al aumentar el ambiente de la levadura con el cloruro de potasio, y aumentando el pH con hidróxido de potasio, los investigadores fueron capaces de aumentar drásticamente la producción de etanol.

Ellos también encontraron que estos cambios no afectaron a la vía bioquímica utilizado por la levadura para producir etanol: Levaduras continuó para producir etanol a la misma velocidad de células por el tiempo que permanecieron viables. En lugar de ello, los cambios influenciados sus gradientes electroquímicos de membrana – diferencias en las concentraciones de iones dentro y fuera de la membrana, que producen energía que la célula puede aprovechar para controlar el flujo de varias moléculas dentro y fuera de la célula.

El etanol aumenta la porosidad de la membrana celular, lo que es muy difícil para que las células mantengan sus gradientes electroquímicos. El aumento de la concentración de potasio y pH fuera de las células les ayuda a fortalecer los gradientes y sobreviven más tiempo; cuanto más tiempo sobreviven, más etanol que hacen.

Reforzando estos gradientes, estamos energizando la levadura para que puedan soportar las condiciones más duras y continuar la producción. Lo que también es emocionante para nosotros es que esto podría aplicarse más allá de etanol para biocombustibles alcoholes más avanzados que alteran las membranas celulares de la misma manera, dijeron los investigadores.

Los investigadores descubrieron que también podían prolongar la supervivencia, pero no tanto, mediante el diseño de las células de levadura para expresar más bombas de protones y de potasio, que se encuentran en la membrana celular y la bomba de potasio y protones a cabo.