¡Llénemelo de algas!

Llenar el depósito con algas o beber cerveza de kombu repleta de umami deja de ser una utopía. Con el precio del petróleo por las nubes, y con la amenaza de que se nos acaba, la producción de combustibles renovables para rellenar los depósitos de los coches es uno de los objetivos prioritarios de la investigación aplicada. Lo que en un momento se postuló como alternativa, la producción de etanol por fermentación de los almidones de maíz o arroz, ha dejado de considerarse viable porque drena recursos alimentarios a un mundo que además de pobre en energía está hambriento. Otras fuentes posibles de etanol como la paja y otros restos leñosos de los cultivos tienen el problema de que por su composición (lignocelulosa) son más difíciles de fermentar. Si pudiéramos obtener con facilidad compuestos que sean combustibles o que sirvan para sintetizar otros productos y lo hiciéramos con materiales que no se usan normalmente como alimentos básicos nos encontraríamos en el camino de resolver, o cuanto menos aminorar, este problema.

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Instrucciones tipo IKEA para construir una Escherichia coli que produzca alcohol a partir de las algas pardas. A la izquierda el producto final tal como debe quedar tras ensamblar todas las piezas. En el centro detalle de cómo montar los componentes en los diferentes espacios de la bacteria. A la derecha los componentes que debe llevar el fósmido que colocaremos en el interior. Tomado de la Figura 1 del trabajo comentado. Ojo y que no le vaya a sobrar ningún gen cuando la ensamble.

 

 

Con frecuencia las bacterias son noticia por sus efectos perniciosos, las infecciones y epidemias tienen garantizado un lugar privilegiado en las cabeceras informativas. Pero sus aspectos amables suelen pasar mas inadvertidos. Sin las bacterias no habría alimentos como el yogur el vinagre de vino ni quesos como el Gouda o el Parmesano tendrían su aroma característico. Así como ayudan a la producción de estos alimentos, también las bacterias pueden ser un aliado para encontrar fuentes de energía renovable. Esto es lo que describe un equipo de investigadores chilenos y norteamericanos que han construido bacterias que producen etanol transformando un compuesto de las algas pardas con gran eficiencia. Por eso queda más cerca el día en el que en la gasolinera podamos llenar el depósito con alcohol obtenido de algas cultivadas en el mar.

E. coli: la carcasa del invento. Se quiere partir del alginato, un polímero que producen algunas algas pardas muy abundantes, como el kombu que en Japón, una vez curado, se utiliza para hacer el caldo de todos los días, el dashi. Para simplificar el proceso de conversión para convertir el kombu en biocombustible los investigadores se han dedicado a hacerle chapuzas a nuestra amiga E. coli, la bacteria con la que todos convivimos ya que la albergamos en el intestino. Nada más lejos de los planes de E. coli para llevar una vida feliz que dedicarse a convertir el alginato en alcohol cuando puede obtener sus alimentos de manera más sencilla en nuestro cuerpo. Será por eso que las estirpes de la bacteria que normalmente llevamos no tienen la maquinaria molecular para asimilar el largo polímero de las algas. No tienen enzimas que puedan trocear el polímero y producir fragmentos que entren a su interior, no tienen tampoco trasportadores que consigan introducir esos fragmentos al citoplasma de la bacteria, y por último tampoco tienen las enzimas que conviertan esos fragmentos en azúcares utilizables para que otras enzimas lleguen a formar etanol. Es más su metabolismo no está adaptado para metabolizar los derivados del alginato salvo en condiciones de ausencia casi total de oxígeno, unas condiciones costosas de reproducir a escala industrial.

El libro de instrucciones. El resultado que presentan los investigadores es una bacteria E. coli recombinante a la que para empezar se le ha colocado un gen para producir una enzima que se exporta al exterior y fragmenta el alginato del alga. Este gen es ya una especie de mecano en el que se ha combinado la información para producir una enzima de otra bacteria, Pseudoalteromonas, combinada con un mecanismo de exportación propio de E. coli. Con esto la E. coli que resulta ya puede fragmentar el alginato de las algas sin necesidad de que se lo demos procesado.

A continuación los investigadores han colocado en la bacteria un conjunto de genes procedentes de otra bacteria llamada Vibrio splendidus que codifican enzimas y transportadores para introducir los fragmentos de alginato en el citoplasma de E. coli y metabolizarlos. La tarea no es sencilla, porque el conjunto de genes necesario es de un tamaño tan alto (30 a 40 kilobases) que su manipulación en el tubo de ensayo es difícil. Para resolverlo se ha recurrido a la construcción de fósmidos, unos elementos genéticos derivados de los plásmidos F naturales de las E. coli que realizan transferencia genética. Los fósmidos pueden albergar fragmentos de ADN de gran tamaño y son relativamente sencillos de manejar en el laboratorio. Y para producir compuestos como etanol y piruvato y finalmente generar energía o sintetizar otros compuestos de interés industrial le han añadido genes de Zymomonas mobilis, una cuarta bacteria. Gracias a la sabia elección de las rutas metabólicas introducidas, todo ello ocurre en condiciones de crecimiento que no precisan eliminar el oxígeno del ambiente en el que la bacteria modificada puede fermentar el alginato.

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El kombu, un alga parda que se puede cultivar. Tras ser secada y curada se usa también, como condimento, en la cocina asiática. La imagen muestra un secadero en la isla de Hokkaido en el norte de Japón. © Michael Guiry.

Los detractores recalcitrantes de la Biotecnología no dejarán de pensar que esto es una bacteria Frankestein, y no se lo voy aquí a discutir, pero este monstruo no se propone asustar a los niños, sino que como han demostrado los investigadores que han publicado el trabajo, produce un 4, 4 % de alcohol a partir de kombu con lo que gracias a esta investigación se añade otra fuente posible de energías renovables que no compite directamente con el uso de tierra dedicada a plantar cultivos para obtener alimentos.

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7 comentarios

  1. No se trata de temer por temer…y si, acepto que estos desarrollos pueden tener causas nobles o útiles para el ser humano…pero cualquiera que entienda de ecología y de la interrelación entre los seres vivos sabe que el medio ambiente tal cual se desarrolló por si mismo es el mas adecuado para el ser humano, y la introducción de nuevos seres no sabemos como pueda afectar aunque lo mas probable es para mal.. usted mas que nadie debe saber el poder de esos pequeños bichos que no por pequeños pueden ser menos peligrosos…
    En mi opinión el desarrollo debe buscarse siempre respetando al ambiente en todos sus aspectos, incluyendo las formas biológicas.

  2. Hola Walter,
    no cabe duda de que lo mejor para el medioambiente y para preservar la ecología del planeta sería la desaparición de la especie humana. ¿Se apunta alguien para ir dando ejemplo?
    Mientras la lista de voluntarios se va llenando, tan solo cabe decir que este tipo de bacteria recombinante, por lo que podemos deducir de lo que les ocurre a las bacterias altamente modificadas, lo tendría muy crudo para sobrevivir fuera del laboratorio o de los tanques de fermentación. Porque replicar todo el contenido genético extra que se les coloca lleva a que su proliferación sea mucho más lenta que la de sus congéneres no modificados. O sea que tranqui.
    Saludos
    Miguel

  3. Desde luego, siempre que se habla de biotecnología, aparecen muchos detractores temerosos de que la situación se pueda descontrolar. Pero, confiando en la profesionalidad de las personas que se dedican a esto, así como teniendo en cuenta que peor para el medio ambiente que nuestra propia especie hay pocas cosas, creo que utilizar los recursos que las nuevas técnicas aplicadas a la biología nos brindan para minimizar el impacto de nuestro modo de vida en el ambiente no es solo una idea acertada. Eso, y no otra cosa, es lo que debería ser el progreso.

  4. Hola Miguel:
    Me encanta este blog por los temas brillantes que aborda. Decir que un superbicho como el que describes podría escaparse y acabar con la humanidad me parece digno de una película de bajo presupuesto. Definitivamente poco razonable. Pero bueno, unas preguntas menos infantiles serían: ¿es este proceso ecónomicamente sostenible?, ¿no se invierte más energía en cultivar algas y convertirlas en etanol?, puesto que hay cientos de bichos en la atmósfera que crecen más rápido que la bacteria ¿cómo controlar la contaminación al incubar las algas con E. coli?, ¿hay que desinfectarlas y meterlas a un biorreactor?, si la bacteria tiene crecimiento lento, ¿esto no repercute en los costos de operación?
    Muchos saludos y ya espero una nueva entrada en tu blog.

  5. Hola Miguel,
    Antes que nada gracias por tu respuesta, me interesa discutir ese tema puesto que se me hace esencial actualmente… la proliferación de los transgénicos me parece un nuevo tipo de contaminación quizá más perniciosa que otras… Sólo que me gustaría matizar… y no sólo criticar.
    Es grato percatarse de que al menos estas muy consciente del peligro, no como otros pendejos que se han burlado de mi preocupación. Efectivamente, yo desconozco más que tu las particularidades de ese bicho en cuestión y es posible que hasta fuera IMPOSIBLE su proliferación fuera de tu laboratorio y mi carta no es contra TU trabajo, ni contra ESE bicho, más aún es interesante el tema que planteas y como dije podría ser de utilidad totalmente salvaguardando los riesgos que comento. Ese riesgo insisto es en realidad difícil de predecir, la serie de interelaciones entre todos los seres vivos y en todas las situaciones es efectivamente un escenario que se entiende a primera vista como infinito así como comprendemos que los números lo son… Hay quien por ello, fácilmente desestima ese peligro… Transgénicos se cruzan en el ambiente libremente con las especies comunes en casos como el maíz, y la verdad nos lo estamos comiendo hasta sin saberlo (en México por lo menos) y todo parece normal… Si el polen de dichas especies trangénicas afecta a mariposas y otras formas de vida tiende a parecernos poco importante… La mayoría de los detractores de los transgénicos se enfocan a criticar posibles riesgos inmediatos a la salud como su única preocupación…
    Pero aquí viene lo que me gustaría decir: Sinceramente no entiendo esa filosofía que dices tu y apoya Pablo Lobato con su comentario de que como ya somos como especie lo peor para el ambiente cualquier cosa que hagamos es menos mala que nosotros mismos!!! Caray Miguel hasta me dio risa al escribir esto… No tiene lógica ese razonamiento aunque tengan razón en que somos el mayor peligro para el ambiente… Pertenezco a tu misma especie por lo que me preocupa alertarte a ti y al resto de mis colegionarios que si somos lo peor para el ambiente es precisamente por lo que le hacemos consciente e inconscientemente, directa e indirectamente.. y no mi interés no es purista, aunque amo la naturaleza como tu bien lo haces me percato de que ella va mas alla de nosotros mismos como especie y que si la alteramos ella sigue su curso y hasta puede llegar un nuevo órden y un nuevo equilibrio y si los microbichos tienen mayores posibilidades de seguir que nosotros. Por ello solo quiero decir que es por nuestro propio interés cuidar el ambiente tal cual lo heredamos, y que el desarrollo de la ciencia que tanto te gusta debe ser considerando sólo este aspecto y en todas sus formas, te repito que es grato darse cuenta de que estas conciente de ello pero no todos parecen estarlo, más aún yo mismo me percato de que lo que estoy diciendo puede sonar exagerado para muchos, que a pesar de tener contaminantes tóxicos persistentes en su misma sangre y en la de sus hijos, de que se extinguen especies a un ritmo alarmante y demás, ayer se la pasaron excelente en todos sentidos y que piensan que si algo amenazara inmediatamente ese aparente bienestar algo podría hacer el hombre…
    De repente no es fácil Miguel ver cuánto bienestar estamos perdiendo por no cuidar al ambiente… porque aunque aumentan los casos de cáncer en el mundo , al mismo tiempo con otros desarrollos aumenta la expectativa de vida… Porque como dije mientras hoy nos la pasemos bien es de poca importancia para la mayoría lo que pase mañana. En esta vorágine de cambios diferenciales difícilmente perceptibles sólo las amenzas inmediatas preocupan…
    Pero no estás de acuerdo en el hecho de que conservar el ambiente nos conviene? Quizá como muchos pienses que es utópico, quizá pienses que es hasta imposible para nuestra especie, es ahí donde quiero contribuir porque si pensamos así efectivamente estamos condenados, pero sinceramente yo si avizoro un mundo donde es posible respetar el ambiente, de hecho creo que la biotecnología esa que practicas y que tanto te gusta debería de ser nuestra herramienta de salvación… de hecho todas las ciencias deberían de tener el prefijo bio… No te imaginas automóviles ( o quizá otro medio de transporte más eficiente y que ni conocemos ahora) hecho de materiales totalmente biodegradables y con emisiones que no afecten el ambiente? No te imaginas que de los residuos de cada casa, por el cuidado en su elaboración hasta no importara si por descuido fueran a parar a un bosque porque todos fueran biodegradables? No te imaginas que no hubiera cambio climático porque todas las industrias tienen cero emisiones o usan otras biotecnologías en las cuales los desperdicios de unos fueran utilizados por otras? Porque en lugar de buscar crear nuevas especies trangénicas no buscan recrear las que hemos destruido? Dar variabilidad genética a bancos de germoplasma que hemos reducido? Quizá para algunos biotecnólogos resulte aburrido reconocer que el mundo tal cual es ( o debería de decir “era”), es el que más nos conviene y quisieran hacerlo mejor… Para aquellos que les guste jugar a ser Dios o a superarlo les recomendaría iniciar en otro planta… Creo que todos debemos de reconocer también nuestras limitaciones y lo que ya existe de perfección en el mundo…Creo que estas y otras cosas deben ser las búsquedas de la ciencia sin autojustificarse a cada instante con ese fatalismo, de que somos malos de cualquier modo. Desde luego que el cambio no puede ser tan rápido,o quizá sí, si tan solo lo desearamos realmente. Si tan solo creyéramos que es posible.
    Con todo respeto, saludos y muy agradable blog.
    Walter

  6. Al utilizar como materia prima algas pardas que crecen en la estrecha franja costera, esta tecnología no es ecologicamente sostenible. La solución de los biocombustibles no puede competir con los recursos agrícolas o pesqueros si queremos que se imponga.
    Más interesante me parece la investigación en transformar la lignina o la celulosa en biocombustibles,ya que son materias primas muy abundantes y presentes como subproductos en muchos procesos industriales forestales.
    El futuro de los biocombustibles puede estar en microalgas capaces de crecer en entornos hipersalinos o capaces de reciclar aguas residuales, en definitiva en tecnologías que no depreden sobre recursos naturales escasos como son las tierras de cultivo o la franja costera.

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