La Levadura Feliz a la Luz Podría Cambiar Nuestro Enfoque de los Biocombustibles

La Luz es Vida

Casi toda la energía de la civilización humana proviene, en última instancia, del sol. Los alimentos, la biomasa y la madera crecen gracias a la luz solar. Y el carbón, el gas y el petróleo están formados por plantas muertas de hace millones de años. Incluso los vientos son el resultado del calentamiento de la atmósfera por el sol. Y, por supuesto, hoy en día contamos con paneles solares. Considerando cuánto de nuestras necesidades energéticas son cubiertas por organismos vivos que aprovechan la energía del sol, el concepto de biocombustibles tiene sentido.

El problema es que los biocombustibles de primera y segunda generación, que utilizan cultivos como el maíz y la caña de azúcar o residuos agrícolas, tienden a tener un rendimiento energético bastante bajo debido a la gran cantidad de combustibles fósiles y fertilizantes que se emplean para cultivar estos productos.

Fuente: Unsplash

Los biocombustibles de tercera generación buscan utilizar algas en su lugar, algo que discutimos con más detalle en nuestro artículo “Biocombustible de Algas: ¿La Próxima Revolución Energética?”.

¿Pero qué pasaría si pudiéramos hacer que cualquier organismo sea capaz de realizar la fotosíntesis? Lo que hasta ahora ha sido un sueño imposible se ha logrado parcialmente por investigadores de Georgia Tech.

Levadura Alimentada por Luz

La levadura es quizá el microorganismo mejor comprendido del mundo. Los humanos han aprovechado las capacidades bioquímicas de la levadura para producir pan, alcohol y productos lácteos fermentados desde los albores de la civilización.

Las levaduras también son uno de los “modelos” de organismo más comunes en los laboratorios de biología. Y fábricas biológicas importantes para numerosos medicamentos y biomoléculas útiles.

Sin embargo, las levaduras necesitan ser alimentadas con azúcar u otros compuestos para mantenerse vivas. Al menos, eso era cierto hasta que Anthony Burnetti, un científico investigador que trabaja en el laboratorio del Profesor Asociado William Ratcliff, logró hacer que la levadura pudiera captar la energía de la luz.

“Todo lo que necesitábamos hacer era mover un solo gen, y crecieron un 2 % más rápido a la luz que en la oscuridad. Sin ningún ajuste fino ni persuasión cuidadosa, simplemente funcionó.”

Tipo Completamente Nuevo de Levaduras

El equipo tiene experiencia en modificar la levadura, un organismo común y ubicuo con potencial nuevo e inesperado. Lo más notable es que previamente lograron transformar la levadura unicelular en un organismo multicelular complejo en el “Experimento de Evolución a Largo Plazo de Multicelularidad“.

Fuente: Georgia Tech

Una limitación para el crecimiento de estos organismos de levadura multicelular era el acceso al oxígeno en los “tejidos” internos. Por eso decidieron convertir la levadura en un organismo fotosintético.

Para lograrlo, añadieron una proteína, la rodopsina, a las levaduras. Se sabe que esta proteína permite cierta fotosíntesis sin los complejos proteínas y biomoléculas de las plantas superiores (como la clorofila).

Simplemente añadiendo un gen que codifica la proteína rodopsina, la levadura pudo captar la luz y crecer más rápido. El aumento fue modesto, solo un +2 % en la tasa de crecimiento, pero significativo debido al simple cambio. Y este crecimiento incrementado aún no ha sido optimizado.

Biocombustible con Biología Sintética

Hasta ahora, la investigación de biocombustibles ha intentado modificar plantas ya fotosintéticas (maíz, caña de azúcar o algas) y lograr que el proceso sea lo suficientemente eficiente como para tener sentido económico.

Pero esto encontró varios obstáculos, ya que los biomateriales en plantas y cultivos superiores como el maíz no están fácilmente disponibles, y transformarlos en etanol implica muchas pérdidas de energía. Mientras tanto, las algas son más prometedoras, pero cultivarlas sin contaminación está lejos de ser una tarea sencilla.

Por el contrario, el cultivo de levadura es un proceso bien comprendido que se realiza rutinariamente en procesos industriales masivos. Convertir la levadura en un sustituto de las algas podría abrir el camino a nuevos métodos para sintetizar biocombustibles. En lugar de depender de procesos complejos para cultivar algas, podríamos diseñar levaduras o bacterias para que crezcan únicamente con luz solar y aprovechar el hecho de que estos organismos son mucho más fáciles de producir en cantidades industriales.

Existencias de Combustible Bioingenierizadas

En general, este sigue siendo un segmento muy joven y prometedor de la investigación y bioingeniería de biocombustibles. Por lo tanto, las empresas con mayor probabilidad de intentar convertirlo en realidad necesitarán altos niveles de experiencia en biología sintética y/o producción de biocombustibles.

La lista a continuación es solo una sugerencia de qué empresas podrían ver potencial en el descubrimiento de los investigadores de Georgia Tech.

1. Reliance Industry

Reliance Industry es un enorme conglomerado indio, la empresa privada más grande del país, activo en telecomunicaciones, textiles y energía. En 2022, fue la primera empresa india en alcanzar $100 mil millones en ingresos.

Reliance anunció en 2022 su entrada en el mercado de biocombustibles de algas, presumiendo “uno de los sistemas de cultivo de algas más grandes del mundo”. Hasta ahora, su cartera energética estaba compuesta mayormente por refinerías y plantas petroquímicas. Con este proyecto de algas, podría iniciar la producción y utilizar el abundante sol de la India (así como los desiertos no cultivados) para reducir la extrema dependencia del país de importaciones de combustibles fósiles extranjeros.

La empresa también está activa en la producción de biogás a partir de residuos agrícolas, lo que la convierte en el mayor productor de bioenergía de la India.

2. Ginkgo Bioworks

La empresa produce organismos bajo demanda para aplicaciones específicas. Esto incluye aplicaciones biomédicas, pero también numerosos programas industriales y de ciencias de materiales.

Ginkgo es exactamente el tipo de empresa a la que grandes conglomerados industriales como Reliance podrían acudir para diseñar una levadura personalizada dedicada a la producción de biocombustibles.

Ginkgo Bioworks (DNA ) ha diversificado ampliamente sus aplicaciones con numerosos programas de investigación y asociaciones:

• Cannabinoides
• producción de vacunas de ARNm y medicina de ácidos nucleicos
• Proteínas alimentarias
• producción de fertilizante biológico en asociación con Bayer
• Microbios programables para enfermedades intestinales
• Bioremediación de microplásticos
• Seguridad biológica y detección de patógenos
• Reciclaje de residuos y contaminantes

Obtiene ingresos al recibir primero un pago anticipado por el proceso de desarrollo y luego a través de regalías sobre el producto final.

2023 fue un año abundante para Ginkgo, con decenas de asociaciones, incluyendo:

• $331 M de acuerdos con Pfizer.
• $490 M de acuerdo con Merck para optimizar la fabricación de biológicos.
• $406 M de acuerdo con Boehringer Ingelheim para objetivos no farmacables.
• Colaboración con Biogen y Novo Nordisk por montos no divulgados.

Fuente: Gingko Bioworks

Ginkgo Bioworks también se asocia con todas las principales corporaciones agrícolas, la mayoría de las cuales tienen algún interés en la producción de biocombustibles y microbiología. Algunas de ellas incluyen Bayer, Cargill, Syngenta, Corteva, ADM, Exacta y más.