En el año 2000, la oficina de investigación en biología y ambiente perteneciente de la oficina de ciencia en el Departamento de Energía de los EUA estableció al programa “Genomics:GTL” como el de más alta prioridad, el cual se basa en el éxito del Proyecto del Genoma Humano, iniciado por este departamento en 1986.

Se trata de un programa de investigación en biología enfocado en microbios y plantas, cuya meta principal es la de aprovechar las diversas capacidades de los microbios, las comunidades microbianas, y plantas, para proporcionar un avance en la biotecnología que lleve a la producción de energías renovables, secuestro de carbón, y remediación ambiental.

A partir de lo anterior se plantea una visión nacional para bioenergía y productos de base biológica, de tal forma que el programa GTL aportará un entendimiento detallado de los procesos biológicos que median la producción de biocombustibles. Para ello se plantea un enfoque en dos áreas: producción de etanol a partir de celulosa y producción de hidrógeno con métodos biológicos.

Se parte del planteamiento que los procesos biológicos juegan un papel clave para la producción de combustibles fósiles que hoy satisfacen la demanda energética mundial, de tal forma que ya se está en una etapa crítica, por lo que con innovaciones biotecnológicas dichos procesos pueden llegar a jugar nuevamente un papel muy importante el a producción de combustibles con alto contenido energético. El aprovechar las capacidades de plantas y organismos fotosintéticos puede satisfacer gran parte de la demanda energética nacional, lo que para tener éxito se reconoce la importancia y apoyo a todos los niveles de investigación y desarrollo de tecnología en el tema, con el fin de comprender y manejar a voluntad los procesos biológicos para le producción de biocombustibles.

En el caso de los microbios, se requiere la decodificación de sus genomas así como el entendimiento pleno de la interacción que ellos tienen dentro de un complejo ecosistema natural (metagenomas), esto permite la evaluación de dichos sistemas microbianos para determinar su composición y algunas de sus funcionalidades, con el objetivo de llegar a obtener como productos finales etanol a partir de celulosa y bio-hidrógeno.

a) Producción de Etanol de celulosa. Se requiere identificar los “huecos” en el conocimiento del proceso de crecimiento de las plantas, producción de biomasa y en los procesos microbianos de producción de etanol, tomando en cuenta lo siguiente:

Factores de control sobre la síntesis de células vegetales y sus paredes, reconociendo esta última como una de las estructuras más importantes de la biomasa.
Identificación de los principales factores que afectan el rendimiento de la biomasa y su eficiencia de conversión, así como establecer las bases para la selección y mejora de las células útiles.
Factores que determinan la función de los ecosistemas existentes a nivel del suelo y su productividad.
Grado de diversidad natural de organismos metanolgénicos y degradadores de biomasa.
Disminución de la eficiencia de organismos metanolgénicos cuando se usan sustratos con diferentes tipos de azúcares.
Razones de diferencia de operación óptima en procesos enzimáticos y microbianos con diferentes temperaturas.
Mejora de sistemas para ingeniería genética de microorganismos o plantas involucradas en la producción e etanol.

b) Producción de Bio-hidrógeno. Al H₂ se le considera la fuente de energía más prometedora en el futuro, ya que puede emplearse directamente en celdas de combustible de alta eficiencia, además de que su combustión genera exclusivamente agua como producto. Los puntos importantes a considerar son:

La cantidad en la diversidad natural de enzimas hidrogenasas y organismos productores de hidrógeno.
Estructura de las hidrogenasas y la interacción de los metales incorporados en los sitios activos.
Sensibilidad de las hidrogenasas al oxígeno, y la relación de la producción biofotolítica con la producción.

c) Capacidades tecnológicas para la investigación en sistemas biológicos de plantas y microorganismos.