Tendencias21
Un superordenador ayuda a acelerar la conversión de celulosa en etanol

Un superordenador ayuda a acelerar la conversión de celulosa en etanol

Informáticos de la Universidad de San Diego han utilizado el superordenador DataStar para crear “moléculas virtuales” que han permitido conocer paso a paso y con exactitud el proceso por el que la celulosa se convierte en etanol. Esta compleja investigación ha requerido un total de 80.000 horas de computación y ayudará a acelerar industrialmente la producción de etanol a partir de celulosa, en un momento en el que este compuesto se está convirtiendo en una alternativa real y barata a los combustibles fósiles. Por Paul D. Morales.

Un superordenador ayuda a acelerar la conversión de celulosa en etanol

El superordenador DataStar ha sido utilizado por científicos de la Universidad de San Diego para crear moléculas virtuales que han permitido comprender mejor el proceso de de transformación de celulosa en etanol.

Las termitas saben perfectamente cómo digerir la celulosa, pero para los humanos, procesar celulosa para dar etanol es muy lento y muy caro. El mayor problema de este proceso es que es complejo que la enzima de la celulosa transforme ésta en azúcar que, una vez fermentada, da etanol.

Para ayudar a solventar este cuello de botella, un equipo de científicos ha desarrollado una serie de simulaciones moleculares en el San Diego Supercomputer Center (SDSC), con sede en la Universidad de San Diego.

Este centro fue creado en 1985 y está reconocido internacionalmente por su contribución a la biociencia computacional o a la ciencia de la tierra. Además, se hizo especialmente conocido por ser el impulsor del Protein Data Center.

Un proceso rápido

Según los investigadores, un conocimiento exacto de estos procesos moleculares requieren la simulación de seis millones de pasos en 12 nanosegundos (un nanosegundo es milmillonésima parte de un segundo) para percibir los cambios que se producen en la enzima mientras interactúa con la superficie de la celulosa. Este es un periodo de tiempo enorme, en términos moleculares, que ha requerido 80.000 horas de computación en el superordenador DataStar del SDSC.

Usando estas “moléculas virtuales” han descubierto pasos clave en la intrincada “danza” por la que la enzima actúa como una máquina molecular que convierte la celulosa en pequeñas piezas de azúcar.

“Aprendiendo cómo la enzima de la celulosa rompe la celulosa podemos desarrollar una proteína para acelerar esta reacción”, dice Mike Cleary, que coordina este proyecto, en un comunicado hecho público por la Universidad. Esto es importante en la producción de etanol, una alternativa real neutral en la emisión de carbono a los combustibles fósiles”.

Una serie de factores, como son el alarmante calentamiento global y las políticas que ya se están poniendo en marcha por parte de los gobiernos para frenarlo, o la inestabilidad en los mercados del crudo, están impulsando el desarrollo de los biocombustibles, de los que el etanol es sin duda el más importante.

El futuro del etanol

La producción de etanol entre los años 2000 y 2005 se ha duplicado. Hasta ahora, el maíz ha sido la fuente preferida para producir etanol (con Brasil y Estados Unidos a la cabeza en su producción). Esto ha hecho que los precios del maíz se hayan multiplicado por dos en los dos últimos años, repercutiendo sobre todo en países donde este cereal es la base de la alimentación.

También se produce a partir de la caña de azúcar o la remolacha, pero la materia prima puede ser también los cereales o los desechos biológicos, tales como los residuos forestales. El etanol tiene una menor densidad que el gasoil pero, como es un líquido, resulta fácil de manejar, tanto en los vehículos como en el sistema de distribución

Sin embargo, la producción de etanol a partir de celulosa está demostrando ser más barato y mejor para le medio ambiente. Este polisacárido que forma parte de los tejidos de sostén de las plantas es barato y abundante.

Como una película

Las simulaciones informáticas obtenidas por el DataStar son básicamente un “microscopio virtual” que permite a los científicos aumentar y ver lo que antes era invisible. Y lo que ese “microscopio” ha dejado ver es que inicialmente la parte atada de la enzima se mueve libre y de manera aleatoria a través de la superficie de la celulosa buscando una cadena rota de ésta.

Cuando encuentra una cadena libre, la propia celulosa parece provocar un cambio en la estructura de la enzima de tal forma que puede ocupar el final roto de la cadena de celulosa. Esto proporciona a la enzima un poyo crucial para empezar el proceso de digestión de la celulosa en molécula de azúcar.

Para los científicos, la simulación es como una película de béisbol en la que el lanzamiento de la pelota ha quedado en pausa. En la vida real el proceso ocurre a una enorme velocidad y es imposible evaluarlo visualmente. Gracias a la simulación de este superordenador, ha sido posible percibir uno a uno los diferentes pasos de este proceso y los detalles precisos de la velocidad, la trayectoria o el movimiento.

“Nuestra simulación ha arrojado luz sobre las interacciones en este proceso a nivel molecular. El modelo informático nos ha mostrado cómo la parte atada de esta enzima cambia de forma, lo que nunca había sido anticipado por la comunidad científica”, afirma Mark Nimlos del Laboratorio Nacional de Energías Renovables de los Estados Unidos. “Estos resultados son muy importantes porque pueden ser una guía crucial para que los científicos formulen experimentos selectivos para modificar la enzima y acelerar el proceso.”

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Vivimos en una nueva era geológica desde 1954 8 julio, 2022
    Un nuevo estudio habría determinado con precisión el comienzo del Antropoceno a través de biomarcadores particulares: material radiactivo descubierto en sedimentos marinos y corales en el noroeste del Océano Pacífico, frente a la costa de Japón. Según los datos recopilados, el equipo de investigación propone que el Antropoceno comenzó en 1954, marcando el inicio de […]
    Pablo Javier Piacente
  • Las víctimas de los rayos pueden manifestar superpoderes mentales inexplicables 8 julio, 2022
    Los trastornos de las personas víctimas de los rayos están rodeados de misterio: pueden despertar superpoderes mentales, pero también minusvalías físicas y neurológicas duraderas. La descarga dejaría lesiones nanoscópicas que no se pueden detectar con las actuales herramientas de diagnóstico.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • Descubren una nueva forma de "seguir las pistas" de la materia oscura 7 julio, 2022
    Un tipo específico de materia oscura puede modificar la abundancia de ciertos elementos producidos en el Universo primitivo y dejar una huella en el fondo cósmico de microondas, al modificar la rapidez con la que se expande el cosmos, según un nuevo estudio. El descubrimiento ofrece un medio innovador para predecir "firmas cosmológicas" para modelos […]
    Pablo Javier Piacente
  • Descubren en Sudáfrica agua subterránea de 1.200 millones de años de antigüedad 7 julio, 2022
    Los geólogos han descubierto agua subterránea de 1.200 millones de años de antigüedad a unos 3 kilómetros por debajo de la superficie en Moab Khotsong, una mina productora de oro y uranio en Sudáfrica. Esta antigua agua subterránea está enriquecida con las concentraciones más altas de productos radiogénicos descubiertos hasta el momento en fluidos: este […]
    Pablo Javier Piacente
  • Las rocas desentrañan los secretos del campo magnético de la Tierra 7 julio, 2022
    El análisis paleomagnético de las rocas revela que el campo magnético de la Tierra era tan débil hace más de 350 millones de años que no afectó a las rocas. Provocado por un desplazamiento polar, pudo haber influido en la extinción masiva del Devónico.
    Redacción T21
  • Los extraterrestres podrían estar enviándonos mensajes cuánticos 7 julio, 2022
    Una nueva investigación ha calculado que un mensaje cuántico enviado por una supuesta civilización alienígena podría atravesar la Vía Láctea y llegar incluso más lejos sin ser perturbado. Tendríamos la capacidad de detectarlo y abrirlo, aunque no sabemos si podríamos interpretarlo.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • Descubren cristales nunca vistos en el polvo de un meteorito 6 julio, 2022
    Los investigadores han descubierto tipos de cristales nunca antes vistos y perfectamente conservados, escondidos en pequeños granos de polvo de un meteorito. El polvo proviene de una enorme roca espacial que explotó sobre Chelyabinsk, en Rusia, hace nueve años: la fuerza del impacto fue 30 veces mayor que la bomba atómica que sacudió Hiroshima en […]
    Pablo Javier Piacente
  • Robots nadadores buscarán señales de vida en los mundos oceánicos del Sistema Solar 6 julio, 2022
    La NASA considera enviar robots nadadores a mundos oceánicos potencialmente habitables del Sistema Solar: las interacciones químicas entre las rocas y el agua en los océanos de estos mundos alienígenas podrían sustentar la vida. De hecho, el medio ambiente en estos océanos puede ser muy similar al de la Tierra en el momento en que […]
    Pablo Javier Piacente
  • El CERN está creando un zoo de partículas 2.0 con diferentes sabores 6 julio, 2022
    El Gran Colisionador de Hadrones ha descubierto tres partículas exóticas nunca vistas, entre las que se encuentran nuevos tipos de hadrones. El descubrimiento ayudará a desarrollar un modelo unificado para los hadrones exóticos y a completar un zoo de partículas 2.0 con diferentes sabores.
    CERN/T21
  • Un nuevo experimento vuelve más alucinante a la mecánica cuántica 6 julio, 2022
    Los electrones pueden viajar simultáneamente a diferentes velocidades dentro de un túnel cuántico: es como si en una autopista un coche viajara a una velocidad por un carril lento y sus pasajeros mucho más deprisa por el carril rápido.
    Eduardo Martínez de la Fe