sábado, 24 de julio de 2010

Hacia un desarrollo sustentable: combustibles genéticos

La “ingeniería genética” surge tras años de investigación del genoma humano a nivel molecular. Mucho debieron trabajar los investigadores de todo el mundo para aprender a "cortar y pegar" secuencias de ADN, de modo de poder transferir material genético responsable de ciertas propiedades deseables, para obtener un producto a medida. Se necesitó, entre otras investigaciones, el descubrimiento de los plásmidos, pequeños elementos de ADN utilizables como vectores para trasportar genes, de ciertas herramientas como las enzimas endonucleasas de restricción, verdaderas tijeras de corte específico del ADN y de las enzimas ADN ligasas, el pegamento para la inserción del gen cortado.


A principios de 1973, Stanley N. Cohen y Annie C.Y. Chang de la Universidad de Stanford y Herbert W. Boyer y Robert H. Helling de la Universidad de San Francisco realizaron el primer experimento de ingeniería genética utilizando una técnica conocida como ADN recombinante. Insertaron en bacterias, plásmidos conteniendo genes resistentes a los antibióticos tetraciclina y kanamicina. Luego, sometieron a las bacterias en placas de cultivo a la acción de los antibióticos. Como era de esperar, la mayoría murieron. Sólo sobrevivieron aquellas modificadas mediante ingeniería genética para resistir a los antibióticos. Había nacido la ingeniería genética y con ella la biotecnología moderna.

Hoy se acepta que el mapa genético humano consta de 25.000 genes. A partir de su conocimiento se desató una carrera para descifrar el código genético de distintas especies animales y vegetales. En menos de 10 años el conocimiento de genes de los sistemas vivientes trepó de 25.000 a 60 millones de genes!

En el volumen 463, del 14 de enero del 2010, de la revista Nature se publica por primera vez el genoma completo de la soja. El ADN de esta planta contiene en sus 20 cromosomas alrededor de 46.000 genes. Ahora se conoce, entre otros, que 1127 de ellos están relacionados con los lípidos y que 22 de ellos son responsables de la síntesis y almacenamiento de aceite. Esto permitirá desarror semillas tendientes a la mejora, entre otras cosas, de la calidad y cantidad de aceite para producir biodiésel.

La biomasa es materia orgánica derivada de la reacción fotosintética entre el dióxido de carbono, agua, y nutrientes varios. Constituye uno de los recursos energéticos más importantes tanto por ser renovable como neutral en el balance de contaminación de modo de conseguirse desarrollo sustentable sin impacto sobre el calentamiento global.

En la vía de producción fotobioquímica a partir de la biomasa resalta la utilización de microalgas tendiente a transformar el dióxido de carbono ambiental en aceite para la producción de biodiésel . Las microalgas crecen con extraordinaria rapidez constituyéndose como una fuente de biomasa para la producción de biocombustibles a nivel de sustitución global de la demanda actual de combustibles fósiles. También ofrecen, a través de su cultivo en piletones o tanques, la posibilidad de generarlo en aquellas zonas geográficas marginales con escasos recursos naturales.

La materia prima fundamental para el crecimiento de las microalgas es el dióxido de carbono, el agua y ciertos nutrientes minerales. Están en su etapa final proyectos integrados en los cuales el agua se recicla, los nutrientes minerales, tantos nitratos como fosfatos se obtienen agregando en el agua un 2% de orina humana y el dióxido de carbono se lo obtiene de las chimeneas de las grandes compañías tales como cementeras o generadoras de electricidad.

En el centro de la escena hoy tenemos la producción de bioetanol a partir de maíz y caña de azúcar y la de biodiésel a partir de aceite de soja u otros cereales y de microalgas. Cuestiones relacionadas con la producción de la gran cantidad de combustible necesario (el parque automotor mundial actual es de 1000 millones de unidades), costos y calentamiento global entre otras están acelerando la era de los combustibles genéticos, tendientes a obtener biodiesel o nafta en un sólo paso por la vía fotobioquímica a partir de microalgas y/o microorganismos.

La posibilidad de producir biocombustibles alternativos a gran escala presenta variados inconvenientes. Así en el caso de las microalgas, hay que sembralas (Ejemplo: 2000 piletones de 40 x 100 x 0,3 metros), cosecharlas, secarlas, extraerles el aceite y esterificarlo con metanol o etanol para obtener biodiésel.

Luego habría que resembrar los piletones, lo que exige una estructura paralela de cultivo de algas. Si se cosechara solo el 50% de ellas, esta estructura paralela no sería necesaria, pero no todas tendrían el mismo estadio y cantidad de aceite promedio.

Si mediante ingeniería genética se las pudiera modificar para que en un sólo paso generaran biodiesel o incluso octano (nafta), en tierras no aptas para cultivos (desiertos) y consumiendo grandes cantidades de dióxido de carbono estaríamos frente a un sistema que perfectamente podría reemplazar ventajosamente al actual en forma renovable y manteniendo el equilibrio ambiental.

Un pionero el la materia fue John R. Coleman del Department of Botany, University of Toronto, Canada . En 1999 publica conjuntamente con Ming-De Deng el trabajo Ethanol Synthesis by Genetic Engineering in Cyanobacteria.La cyanobacteria es una microalga azul verdosa. Ellos le incorporaron, mediante ingeniería genética, los genes productores de piruvato decarboxilasa y alcohol dehidrogenasa extraídos de la bacteria Zymomonas mobilis. El resultado es que la microalga mientras crece y se reproduce genera directamente etanol. Esto en la actualidad dio origen, patente mediante, a Algenol Biofuels, empresa que produce bioetanol utilizando la citada tecnología. Recientemente Algenol Biofuels se asoció con Dow Chemical para construir y operar una planta piloto que consistirá en 3.100 biorreactores horizontales con capacidad para 4.000 litros.

En el año 2006 a partir de un trabajo de investigación “Microdiesel: Escherichia coli engineered for fuel production publicado en la revista Microbiology , Rainer Kalscheuer, Torsten Stölting y AlexanderSteinbüchel del Institut für Molekulare Mikrobiologie und Biotechnologie de Alemania, le insertaron a la bacteria E. Coli los genes productores de la piruvato decarboxilasa y el de la alcohol dehidrogenasa extraídos de la bacteria Zymomonas mobilis , pero le agregaron el gen de la bacteria Acinetobacter baylyi que produce una acyltransferasa. El resultado es sorprendente. Se obtiene directamente biodiésel en un solo paso. Este desarrollo se prosigue posteriormente en el JBEI -Joint BioEnergy Institute- de los EEUU constituyéndose en uno de los tres proyectos financiados por el Departamento de Energía de los Estados Unidos. En la actualidad la empresa Amyris, destacada como séptima entre las 10 empresas biotecnológicas más innovadoras del año 2009, planea comenzar su producción de biodiésel a gran escala en el año 2011.

La estrella de los biocombustibles genéticos es Synthetic Genomics , fundada por el prestigioso Dr. J. Craig Venter, en la actualidad está realizando investigaciones para modificar, mediante ingeniería genética, microalgas destinadas a producir directamente tanto octano (nafta) cómo biodiesel. La Exxon Móbil se asoció en el desarrollo y aportó 600 millones de dólares para acelerar el proyecto. Toda una apuesta al futuro. Synthetic Genomics fue destacada como la segunda empresa biotecnológica más innovadoras del año 2009

Concluyendo: el auxilio de la ingeniería genética para la producción de combustibles en un solo paso pareciera inclinar la balanza hacia el lado de los biocombustibles en desmedro de los autos eléctricos. El mercado de los autos eléctricos cubrirá un pequeño porcentaje del mercado destinado para vehículos debido a las limitaciones como recursos no renovables de los materiales para hacer las baterías (níquel, litio).

Los biocombustibles genéticos tienen enormes posibilidades en el contexto de la bioeconomía. Si la modificación genética se realiza sobre microalgas, estás no necesitan tierras aptas para cultivo, se siembran en piletones o bioreactores pudiéndose utilizar tierras desérticas y agua salada. Necesitan para su desarrollo grandes cantidades de dióxido de carbono lo que permite establecer un equilibrio entre el producido debido a la utilización del biocombustible y su elevada demanda para el cultivo de las microalgas. A todos estos beneficios hay que sumarle la obtención del biocombustible en forma directa, en un solo paso, lo que evita instalaciones complejas y disminuye significativamente su costo.

No debemos olvidar que los biotecnólogos descifraron genomas de muchas especies animales y vegetales, por lo cual conocen y disponen de un acervo genético de 60 millones de genes como materia prima básica para solucionar los problemas socioeconómicos de mundo actual.

Fuente: Alberto Luis D'Andrea