Archive for 24 Agosto 2012

Ralstonia eutropha per produrre combustibile

Un umile batterio del suolo, chiamato Ralstonia eutropha, ha una naturale tendenza, ogni volta che sottolinea di smettere di crescere, trasferisce tutte le sue energie nel produrre complessi composti di carbonio. Gli scienziati del MIT hanno insegnato a questo microbo un nuovo trucco: Armeggiando con i suoi geni possono convincerlo a produrre carburante – in particolare, una sorta di alcool chiamato isobutanolo che può essere direttamente utilizzabile, o in miscela con la benzina. Christopher Brigham,  ricercatore nel dipartimento di biologia del MIT che ha lavorato per sviluppare la bioingegneria di questo batterio, sta cercando di stimolare l’organismo ad usare un getto di anidride carbonica come fonte di carbonio, in modo da poter essere utilizzato per produrre carburante da queste emissioni. Brigham è co-autore di un articolo su questa ricerca pubblicata sulla rivista Applied Microbiology and Biotechnology.                                                         Brigham spiega che  allo stato naturale il microbo, quando la sua fonte è costituita da nutrienti essenziali, come nitrato o fosfato è limitato, in questa produzione di carburanti.                                         “Metterà l’uso  del carbonio-in modalità di memorizzazione”, in sostanza memorizza questa via   che consente di ottenere cibo per un uso successivo, quando rileva che le risorse sono limitate.”Ciò che fa è di prendere il carbonio -dice Brigham– disponibile, e lo memorizza in forma di un polimero, simile nelle sue proprietà a un sacco di plastica derivata dal petrolio”.                                        Per togliere alcuni geni, inserire un gene da un altro organismo e armeggiare con l’espressione di altri geni, Brigham e i suoi colleghi sono stati in grado di reindirizzare il microbo per produrre carburante, invece di plastica. Mentre la squadra si sta concentrando su come stimolare il microbo ad utilizzare CO2 come fonte di carbonio, con modifiche leggermente diverse lo stesso microbo potrebbe anche potenzialmente trasformare qualsiasi fonte di carbonio, compresi i rifiuti agricoli o rifiuti urbani, in utile combustibile. In laboratorio, i microbi hanno usato fruttosio, uno zucchero, come fonte di carbonio. A questo punto, il team del MIT – che comprende la chimica Jingnan Lu, la biologa Claudia Gai, guidati da Anthony Sinskey, professore di biologia – hanno dimostrato il successo nel modificare i geni dei microbi in modo che convertano carbonio in isobutanolo come processo in maniera continua.                                                                                  “Abbiamo dimostrato -dice Brigham– che, nella produzione continua, siamo in grado di ottenere notevoli quantità di isobutanolo“. Ora, i ricercatori hanno focalizzato l’attenzione sulla ottimizzazione del sistema di aumentare il tasso di produzione e nella progettazione di bioreattori per rendere possibile il processo a livelli industriali. A differenza di alcuni sistemi di bioingegneria in cui i microbi producono una sostanza chimica desiderata all’interno dei loro corpi, ma devono essere distrutti per recuperare il prodotto, R. eutropha espelle naturalmente l’isobutanolo nel fluido circostante, dove può essere continuamente filtrato senza interrompere il processo di produzione.                                                                                                                              “Non abbiamo dovuto aggiungere -dice Brigham– un sistema di trasporto per farlo  trasportare fuori dalla cella”.Un certo numero di gruppi di ricerca stanno perseguendo la produzione di isobutanolo con percorsi diversi, tra cui altri organismi geneticamente modificati; almeno due aziende stanno già attrezzandosi per produrlo come additivo per carburante, combustibile o come materia prima per la produzione di sostanze chimiche. A differenza di alcuni biocarburanti proposti, l’isobutanolo può essere utilizzato negli attuali motori con poche modifiche , ed è già stato utilizzato in alcune auto da corsa .                                                                                                               “Questo approccio ha diversi vantaggi potenziali- dice Mark Silby, assistente professore di biologia presso l’Università del Massachusetts a Dartmouth- sulla produzione di etanolo dal mais. Sistemi battericisono scalabili, in teoria e, consentono la produzione di grandi quantità di biocarburante in una fabbrica- come l’ambiente. E sempre Silby ha aggiunto in conclusione:                          ” Questo sistema, in particolare, ha il potenziale uso di carbonio, derivato da prodotti di scarto o di anidride carbonica, e quindi non è in competizione con l’approvvigionamento alimentare.

Il batterio del suolo che produce con interventi di ingegneria genetica l’isobutanolo

“Nel complesso, dice,” il potenziale impatto di questo approccio alla produzione di biocarburante è enorme. ”                                                                                                                                                                 Lavoro finanziato dall’ US Department of Agency Advanced Research Projects Energy – Energy (ARPA-E).                                                                                                                                                 Fonte: David L. Chandler, MIT.

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Scoperti catalizzatori che consentono una migliore combustione del metano

Dall’Università di Trieste la combinazione vincente per la combustione pulita del metano 10/08/2012 COMUNICATO STAMPADall’Università di Trieste la combinazione vincente per la combustione pulita del metanoMaggiore efficienza nella produzione di energia a partire dal metano e riduzione delle emissioni di gas serra: su Science lo studio di un gruppo di ricerca dell’Università di Trieste con collaborazioni in USA e Spagna che ha messo a punto dei materiali per una combustione catalitica pulita del metano. Notevoli le applicazioni future: dalle caldaie a metano alle stufe catalitiche, dalle turbine a gas per generare corrente.Una scoperta pubblicata sul numero della rivista internazionale Science (n. 337, 10 agosto 2012) da un gruppo di ricercatori dell’Università degli Studi di Trieste svela come produrre materiali molto più efficaci di quelli esistenti per una combustione pulita del metano. Il processo, che si avvale di catalizzatori in grado di effettuare una combustione catalitica del metano, è stato messo a punto da un gruppo di ricercatori dell’Ateneo triestino, coordinato dal Professor Paolo Fornasiero, e composto dal Dr. Matteo Cargnello e dal Dr. Tiziano Montini, in collaborazione con i gruppi di ricerca del Professor Raymond J. Gorte dell’Università della Pennsylvania (Filadelfia – USA) e del Professor José J. Calvino dell’Università di Cadice (Spagna). «Il nostro catalizzatore– afferma Paolo Fornasiero – professore associato di chimica generale e inorganica dell’Università di Trieste e associato all’Istituto ICCOM- CNR di Firenze – consente un uso più pulito ed efficiente delle risorse energetiche perchéè estremamente reattivo nei confronti della combustione del metano a bassa temperatura: si riduce così l’emissione di gas dannosi, quali ossidi di azoto, che vengono prodotti a temperature più elevate per reazione dell’ossigeno con l’azoto dell’aria. L’utilizzo di un catalizzatore consente quindi un risparmio energetico, un miglioramento della sicurezza del processo industriale e una riduzione dell’impatto ambientale». Il catalizzatore si basa su un approccio innovativo che permette di ingegnerizzare il cuore metallico di palladio all’interno di un guscio poroso, aumentando l’attività catalitica del metallo e stabilizzandolo. «Si tratta di realizzare un’elegante architettura molecolare – continua Fornasiero – ottenuta con un approccio modulare simile alle costruzioni del famoso “Lego”. Infatti, anziché disporre il metallo sopra l’ossido, come convenzionalmente si fa, abbiamo pensato di costruire prima le particelle di metallo e poi circondarle da uno strato poroso protettivo di ossido di cerio. Si ottengono così delle strutture a sfera con un cuore metallico». «La procedura è il brillante risultato della combinazione di diverse discipline nel campo delle nanotecnologie. Le tecniche di sintesi utilizzate, infatti, sono comuni nel campo della chimica e della scienza dei materiali ma non erano mai state utilizzate in precedenza in questo settore», spiega Matteo Cargnello, primo co-autore della ricerca, dottore di ricerca in nanotecnologie dell’Università di Trieste e attualmente alla University of Pennsylvania. «Abbiamo ottenuto un materiale che, a parità di metallo inserito, è 30 volte più attivo dei migliori catalizzatori attualmente esistenti. Il metano brucia così completamente a 400 °C, temperatura ben più bassa rispetto ai processi oggi utilizzati». La particolare nanostruttura del materiale sviluppato consente di massimizzare le interazioni utili tra i costituenti e di ridurre il contenuto di palladio e cerio, con conseguente significativo beneficio economico. «Ridurre l’impatto ambientale e favorire la conversione energetica a costi accessibili è davvero possibile», prosegue Fornasiero. «Le applicazioni future possono essere notevoli: dalle caldaie a metano alle stufe catalitiche, alle turbine a gas per generare corrente con un significativo miglioramento delle prestazioni e riduzione dell’inquinamento prodotto. Ci sono già dei contatti con alcune aziende per il trasferimento tecnologico dei catalizzatori e per un loro ampio uso commerciale in nuove applicazioni; a breve verrà firmato un contratto con un’azienda italiana che produce bruciatori per caldaie a metano». «La collaborazione internazionale con prestigiosi centri di ricerca – precisa Fornasiero –è stata la chiave di volta che ha consentito di raggiungere l’ambizioso risultato». Pluriennali rapporti di amichevole collaborazione legano, infatti, il gruppo del professor Fornasiero a quelli del Professor Raymond J. Gorte, della University of Pennsylvania, una delle prime 10 università al mondo, e del Professor Juan J. Calvino, direttore del Centro di Eccellenza di Microscopia dell’Università di Cadice. Il gruppo di ricerca coordinato dal Professor Fornasiero ha una lunga tradizione nello sviluppo di catalizzatori a base d’ossido di cerio per applicazioni industriali, il cui contributo aveva portato già nel 2005 a una pubblicazione sulla rivista Science.La ricerca è stata realizzata grazie a un contributo dell’Università degli Studi di Trieste che, tra l’altro, ha finanziato la borsa di dottorato di ricerca di Matteo Cargnello e ha assegnato al Gruppo del Professor Fornasiero un finanziamento specifico (Fondo di Ricerca di Ateneo 2011), del Consorzio Interuniversitario per la Scienza e Tecnologia dei Materiali (INSTM) che ha cofinanziato l’assegno di ricerca del Dr. Tiziano Montini, e dell’Istituto di Chimica dei Composti Organometallici del CNR (ICCOM-CNR) di Firenze. Link a siti web relativi al contenuto:Gruppo di ricerca del Professor Fornasiero: http://www.dscf.units.it/~fornasiero/index.htmCV del Professor Fornasiero http://www.dscf.units.it/~fornasiero/staff_fornasiero_page.htmScience: http://www.sciencemag.org/University of Pennsylvania via units.it

I batteri marini che sfruttano la bioluminescenza

Sono molte le creature che emettono bagliori o meglio bioluminescenza nel mare e, nelle profondità delle trincee più profonde degli oceani.                                                                                                                                                                                                                  La bioluminescenza è stata osservata anche in alcuni batteri marini, che emettono una luce fissa una volta che hanno raggiunto un certo livello di concentrazione di particelle organiche, nelle acque oceaniche, fenomeno che è noto come quorum sensing.In un nuova ricerca pubblicata sulla rivista Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS), i ricercatori della Hebrew University di Gerusalemme hanno scoperto che la luce emessa dai batteri attrae i predatori, generalmente zooplancton, che ingeriscono i batteri, ma non sono in grado di digerirli. I batteri continuano a crescere all’interno dello zooplancton, che viene poi attaccato dai loro stessi predatori, i pesci, che possono facilmente individuare lo zooplancton incandescente o meglio luminoso.In laboratorio, il pesce notturno  ingerisce facilmente il plancton luminoso, mentre non viene attratto dallo zooplancton, che ha subito mutazioni genetiche per prevenire il fenomeno della bioluminescenza.                                                                                                                    

Bacteria_bioluminescenti_in_dischi_di_petri
Zooplankton_bioluminescente

 I batteri di questa particolare specie sopravvivono anche nel passaggio dallo zooplancton al pesce. Una volta che raggiungono il sistema digestivo, i batteri marini hanno raggiunto il loro obiettivo, dal momento che quest’ultimo è pieno di sostanze nutritive. Il fenomeno del quorum sensing  regola la bioluminescenza batterica e spiega che lo zooplancton che emette luce in acqua indica la presenza di una ricca fonte di materiale organico, materiale su cui i batteri crescono. Lo zooplancton corre il rischio di diventare esso stesso incandescente o meglio visibilissimo, perché  la quantità di cibo della quale è possibile nutrirsi, è piuttosto rara. Quindi vale la pena perciò di esporsi alla presenza,anch’essa relativamente rara, di pesci predatori.              [via Alpha Galileo]