Abastecimento sustentável de proteínas: Transformar a energia solar em proteínas
Em laboratório, a energia fotovoltaica, o hidrogénio e as enzimas especializadas estão a substituir o cultivo de culturas forrageiras ricas em proteínas
De acordo com as projeções das Nações Unidas, a procura global de alimentos poderá aumentar cerca de 60 por cento até 2050, enquanto se prevê que apenas cerca de 2 por cento de terras agrícolas adicionais fiquem disponíveis. Os investigadores da Universidade Técnica de Munique (TUM) estão, por isso, a explorar novas abordagens para garantir a segurança alimentar. Uma equipa do Campus Straubing da TUM desenvolveu um processo para produzir aminoácidos essenciais a partir de dióxido de carbono, hidrogénio e energia renovável.
Viktoria Lehmann, investigadora de doutoramento na Cátedra de Química de Recursos Biogénicos da TUM, descreve uma aplicação potencial para os aminoácidos produzidos biotecnologicamente: «Uma vaca leiteira precisa de muito mais do que a erva que cresce no seu pasto. Uma elevada produção de leite requer proteína suplementar, que é normalmente fornecida através da ração animal. Estas rações são enriquecidas com aminoácidos, os blocos de construção químicos das proteínas. Em todos os sistemas de produção pecuária a nível mundial, são utilizadas milhões de toneladas de aminoácidos como aditivos alimentares. No entanto, a sua produção consome grandes quantidades de terra, água e outros recursos. Queríamos encontrar uma forma mais eficiente em termos de recursos para satisfazer esta procura de proteínas.»
Num estudo publicado recentemente, a equipa demonstrou a sua abordagem. O conceito subjacente: a energia solar é convertida em eletricidade através de sistemas fotovoltaicos. Esta eletricidade é utilizada para gerar hidrogénio, que, juntamente com o dióxido de carbono, é convertido em metanol — um álcool amplamente utilizado na indústria como precursor químico. Enzimas especializadas convertem então o metanol, passo a passo, em aminoácidos. O aminoácido produzido depende das enzimas específicas utilizadas.
«As plantas utilizam a luz solar para produzir biomassa, mas são relativamente ineficientes nesse processo. Estamos a investigar uma via alternativa em que a energia renovável é primeiro convertida em portadores de energia química e, posteriormente, em valiosos blocos de construção de proteínas», afirma Volker Sieber, professor de Química de Recursos Biogénicos e reitor do Campus Straubing da TUM. «A longo prazo, esta abordagem poderá ajudar a utilizar de forma mais produtiva as terras disponíveis e permitir uma produção mais sustentável de aminoácidos.»
Uma tecnologia de plataforma modular
Em 2023, os investigadores demonstraram a produção do aminoácido L-alanina a partir de metanol verde. O seu trabalho mais recente alarga a abordagem a um total de sete aminoácidos. «O nosso conceito modular “plug-and-play” pode ser comparado a um kit de construção», afirma a Dra. Vivian Willers, cuja investigação de doutoramento lançou as bases para o estudo. «O que começou com um único aminoácido está a evoluir cada vez mais para uma tecnologia de plataforma destinada à produção de blocos de construção de proteínas a partir de energia renovável.»
A equipa conseguiu produzir com sucesso os aminoácidos glicina, serina, ácido L-aspártico, L-valina, ácido L-glutâmico e L-prolina. No futuro, esta tecnologia poderá ajudar a reduzir a dependência de ingredientes alimentares ricos em proteínas, como a soja, que nem sempre são produzidos de forma sustentável. Estes aminoácidos são também componentes-chave dos meios de cultura utilizados na produção de carne cultivada. Consequentemente, os investigadores prevêem aplicações que vão muito além da agricultura convencional.
Embora a equipa tenha conseguido demonstrar toda a cadeia de processo — desde o dióxido de carbono, passando pelo metanol, até aos aminoácidos —, os volumes de produção atuais ainda são demasiado baixos para utilização comercial. Por isso, os investigadores estão a trabalhar para melhorar ainda mais o desempenho das enzimas envolvidas.
«O nosso trabalho é, acima de tudo, uma prova de viabilidade tecnológica», afirma o Prof. Volker Sieber. «Demonstrámos que é possível produzir uma vasta gama de aminoácidos biologicamente relevantes a partir de metanol derivado de CO₂. Isto abre novas possibilidades para a produção sustentável de blocos de construção proteicos.»
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