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Cambio Climático

Un microbio mejor para biocombustibles

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Zymetis está probando bacterias genéticamente modificadas que convierten de manera eficiente la biomasa en azúcar.

  • por Jennifer Chu | traducido por Rubén Oscar Diéguez (Opinno)
  • 19 Marzo, 2009

Un microbio pequeño que se encontró en la Bahía de Chesapeake es el centro de un estudio intenso de una startup de biotecnología de College Park, Md (Estados Unidos). Zymetis ha modificado genéticamente una bacteria rara, que se alimenta de celulosa para que la degrade y la convierta en los azúcares necesarios para hacer etanol, y recientemente completó su primera prueba a escala comercial. A principios de este año, la empresa sometió al microbio modificado a una serie de pruebas en fermentadores grandes y encontró que era capaz de convertir una tonelada de fibra de planta celulosa en azúcar en 72 horas. La prueba, según los investigadores, ilustra el potencial del organismo para ayudar a producir etanol de manera eficiente y barata en escalas industriales. Zymetis ahora está realizando la primera ronda de recaudación de capital de riesgo para llevar la tecnología a aplicaciones comerciales.

Scott Laughlin, presidente ejecutivo de Zymetis, expresó que durante los dos últimos años los científicos de la compañía han trabajado para manipular y mejorar al organismo pequeño. La ventaja principal del microbio es su capacidad natural para combinar dos pasos principales en el proceso del etanol, que la compañía dice que podría reducir considerablemente los costes elevados de producción de etanol a partir de biomasa celulósica como Pasto Varilla (Panicum virgatum), astillas de madera, y pulpa de papel.  La empresa está sometiendo al organismo a una serie de pruebas para estudiar cómo se aplicaría el sistema a escala industrial.

La producción de etanol a partir de fuentes celulósicas es un proceso caro de muchas etapas. La materia prima celulósica pasa primero por un tratamiento previo con calor y sustancias químicas para degradar el material duro de las paredes celulares. A continuación se añaden enzimas costosas fabricadas a la mezcla para convertir a la celulosa purificada en glucosa, que luego se trata con levadura que transforma a los azúcares en etanol. Como resultado, los científicos y varias compañías startup están desarrollando microbios mejorados que podrían realizar varios de estos pasos, logrando así que los bio-combustibles sean más competitivos respecto a los combustibles fósiles.

Con ese objetivo, Laughlin afirma que la compañía ha desarrollado un sistema de producción de etanol que gira en torno a un microbio que combina con rapidez y eficacia las primeras dos etapas del proceso convencional del etanol. "Tiene la capacidad de degradar todo el material de la planta, y excreta enzimas que degradan la celulosa, (que funciona) muy bien en la solución", agrega Laughlin.

El microbio en el que confía la compañía es el Saccharophagus degradans, una bacteria que se encuentra en los pantanos de la Bahía de Chesapeake que come el material vegetal muerto y los residuos sólidos, y los degrada en glucosa. En 2003, Steve Hutcheson, un profesor de biología celular y genética molecular en la Universidad de Maryland (Estados Unidos), revisó el genoma del organismo y descubrió que poseía una combinación de enzimas que degradaba las paredes celulares duras de las plantas muertas y convertía la celulosa restante en azúcares - dos propiedades valiosas para la producción del etanol celulósico. En 2006, Hutcheson fundó Zymetis con el fin de aumentar el rendimiento del microbio hasta la escala comercial.

Desde entonces, la empresa ha estado trabajando con las cepas de S. degradans, identificando los conjuntos de enzimas responsables de la degradación de una gran variedad de material, desde periódicos a plantas muertas a residuos sólidos. Hutcheson y sus colegas encendieron ciertos genes para aumentar la actividad de estas enzimas, y apagaron otros genes que controlan el comportamiento inhibidor del microbio, como los que le indican que deje de alimentarse. Como resultado de ello, el organismo modificado genéticamente genera muchas más enzimas de las que generaría normalmente.

Laughlin y sus colegas recientemente sometieron al organismo a una prueba y determinaron que ingirió una tonelada de celulosa de fibra vegetal, y convirtió la pulpa en azúcar dentro de las 72 horas siguientes - un proceso que normalmente lleva años en condiciones naturales. "Ahora, estamos trabajando en un cronograma de 24 a 72 horas", explica Laughlin. "Buscamos un proceso más rápido por una cuestión principalmente económica, pero ¿a qué costo? Por lo tanto, estamos trabajando en toda una serie de protocolos de procesamiento a través de los distintos plazos para calcular el tiempo óptimo".

La compañía está uniendo al microbio con una cepa de levadura que transforma el azúcar en etanol a medida que el microbio degrada la celulosa. El objetivo de Zymetis es desarrollar unidades de fabricación en condiciones de producir alrededor de 37.850.000 de litros de etanol al año - una producción relativamente modesta. Pero Laughlin opina que pensar a menor escala podría resultar en una producción local más eficiente de etanol, y prevé asociarse con fábricas de papel y complejos de residuos sólidos para producir etanol in situ.

"Si te fijas en una planta de etanol de maíz, se trata de una fábrica inmensa", agrega Laughlin. "Preferimos ubicar plantas eficientes pequeñas distribuidas por los lugares donde se dispone de este tipo de residuos de fibra, y de este modo, obtenemos mucha eficiencia, y podemos llegar al mercado más rápido, y no tenemos que cultivar la fibra". Laughlin manifiesta que la empresa tiene como objetivo establecer un complejo de prueba junto a una fábrica a mediados de 2010 con un socio que no fue divulgado.

Qteros, una empresa de biotecnología situada en Marlborough, Ma (Estados Unidos), está usando métodos similares para aumentar la escala de la producción de etanol celulósico.  Allí, los investigadores están manipulando un microbio que combina las últimas dos etapas de la producción de etanol: la conversión de la celulosa en azúcar, y convertir el azúcar en etanol. William Frey, presidente ejecutivo de Qteros, hace notar que el método de Zymetis se centra en el reto importante de hacer que el etanol celulósico sea asequible.

"Una gran parte del coste está asociado con el tratamiento previo y también con la hidrólisis de las enzimas", acota Frey. "La industria está buscando tecnologías que sean económicas y escalables, y las soluciones microbianas tienen la capacidad de reducir el número de pasos y coste, y eso está bien".

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