Un grupo de ingenieros e investigadores del Lawrence Berkeley National Laboratory y del Joint BioEnergy Institute (JBEI), organismos pertenecientes al Departamento de Energía de los Estados Unidos, han concretado un importante avance en el campo de la producción de biocombustibles mediante microbios. La metodología desarrollada permite disminuir en gran medida la toxicidad de los biocombustibles para los microbios, logrando de esta forma un importante incremento de la productividad. Por Pablo Javier Piacente.
Especialistas norteamericanos han dado un paso trascendente en el desarrollo de biocombustibles mediante microbios, al lograr reducir de manera considerable la toxicidad de los compuestos empleados para los microbios. Este enfoque innovador permitirá un fuerte incremento en la productividad de este tipo de proyectos energéticos.
Se sabe que los biocombustibles producidos a partir de distintas especies vegetales y residuos agrícolas podrían convertirse en uno de los sustitutos más efectivos de la gasolina y otros combustibles fósiles. Aunque también se han marcado algunos puntos negativos que ponen en duda su carácter sostenible, no puede obviarse que en la actualidad constituyen una de las salidas posibles de la dependencia de las fuentes energéticas tradicionales.
Asimismo, el desarrollo de biocombustibles a través de la actividad microbiana es otra faceta estudiada en los últimos años. Sin embargo, hasta ahora, esa posibilidad tenía un fuerte condicionante en términos de productividad: gran parte de los compuestos que se utilizaban en la producción eran tóxicos para los microbios, una característica que reducía fuertemente los niveles productivos.
La investigación mencionada ha logrado desarrollar las condiciones para aliviar la toxicidad de los biocombustibles en E. coli y otros microorganismos, abriendo el camino para una mayor productividad. Así lo establecen una nota de prensa del Lawrence Berkeley National Laboratory, y un artículo del medio especializado Molecular Systems Biology.
Microbios resistentes
Según Aindrila Mukhopadhyay, una de las especialistas responsables de la investigación, el avance se ha obtenido a partir del trabajo con todos los datos disponibles de la secuencia del genoma de los microorganismos, con los que se generó una "biblioteca" de genes capaces de generar una estrategia simple pero eficaz para aliviar la toxicidad de los compuestos en E. coli. De esta forma, se ha logrado mejorar la producción de biocombustibles.
Este nuevo enfoque ya ha propiciado en el Joint BioEnergy Institute (JBEI) y en otros centros de investigación el diseño de sistemas que emplean microorganismos, tales como E. coli, para producir biocombustibles avanzados de una manera rentable. Estos combustibles pueden reemplazar a la gasolina y se utilizan actualmente en distintas infraestructuras y motores.
Estos nuevos biocombustibles, producidos a partir de compuestos de cadena ramificada de carbono, también serían superiores al biodiésel empleado en la actualidad, que se produce a partir de ésteres de ácidos grasos lineales. Una de sus aplicaciones más efectivas sería como combustible para aviones.
La solución: bombas de eflujo
Aunque las vías de biosíntesis para la producción de estos compuestos de carbono en los microbios han sido identificadas, la toxicidad de los productos aplicados atenta directamente contra la productividad. Para que la producción de biocombustible microbiano sea rentable, se requiere el desarrollo de cepas de microbios resistentes al estrés y a la toxicidad.
Los microbios utilizan diversas estrategias para hacer frente a la toxicidad celular, pero quizás la solución más eficaz son las denominadas bombas de eflujo, proteínas ubicadas en la membrana citoplasmática cuya función es transportar las sustancias tóxicas fuera de la célula. Sin embargo, hasta hoy no se había demostrado su efectividad en el campo de los biocombustibles.
Mediante la clasificación del conjunto de bombas de eflujo, los investigadores del Lawrence Berkeley National Laboratory y del Joint BioEnergy Institute lograron seleccionar un subconjunto de gran eficacia para su aplicación en el desarrollo de biocombustibles.
Según Mukhopadhyay, el equipo se centró de manera específica en la llamada "bomba borkumensis A.", probando su efectividad sobre la cepa del microbio empleado para producir limoneno como biocombustible para aviación. Los microbios a los cuales se aplicó la bomba de eflujo indicada produjeron una cantidad significativamente mayor de limoneno que aquellos que no tenían la bomba.
Además de aumentar la tolerancia de los microbios a los biocombustibles exógenos, el nuevo mecanismo mejora en gran medida el rendimiento total del sistema de producción. Gracias a este éxito, Mukhopadhyay y sus colaboradores han comenzado a evaluar las bombas de eflujo en otros compuestos importantes, lo que podría desembocar en nuevas y trascendentes aplicaciones.
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