En el Centro Nacional de Biotecnología desarrollan procesos industriales con huella nula de CO2 mediante la construcción de cepas recombinantes de cianobacterias. Han obtenido una cepa que a partir del CO2 produce sacarosa de forma eficiente, y que no necesita un ambiente con alta concentración de sal y estrés osmótico, por lo que su cultivo es más sencillo. Ahora trabajan para transferir el método a la industria.
Cianobacterias en un lago. Imagen: Christian Fischer/Wikimedia
Entre las muchas opciones que se barajan para reducir las emisiones de CO2 atmosférico, una de las más sostenibles es el empleo de microorganismos que capturen el CO2 ambiental y lo transformen en algún tipo de molécula de interés. Esta estrategia no sólo reduciría la dependencia de combustibles fósiles como fuente de estas moléculas, sino que generaría nuevos bioprocesos de huella de carbono nula.
Las cianobacterias se encuentran entre los organismos con mayor rendimiento fotosintético, siendo por tanto excelentes candidatos en estos procesos biotecnológicos.
La parte negativa de estas bacterias fotosintéticas es, no obstante, que presentan una capacidad limitada para sintetizar moléculas de interés. Una alternativa es diseñar cianobacterias capaces de producir moléculas intermedias a partir de CO2 de forma eficiente y que posteriormente puedan ser utilizada como punto de partida para la producción de moléculas de interés por una segunda bacteria de alta capacidad biosintética.
Buscando bacterias más eficientes
En esa línea, un equipo del Centro Nacional de Biotecnología (CNB) del CSIC ha desarrollado un procedimiento basado en una cepa recombinante de la cianobacteria Synechococcus elongatus, que absorbe CO2 y lo transforma de forma muy eficiente en sacarosa, una molécula que después es fácilmente utilizable por otros organismos para la síntesis de cualquier metabolito de interés.
La cianobacteria recombinante de Synechococcus elongatus obtenida en el CNB ha sido diseñada siguiendo métodos computacionales y presenta múltiples ventajas con respecto a bacterias similares existentes
De esta forma, la sacarosa producida puede utilizarse después para alimentar otros procesos biotecnológicos basados en sistemas microbianos, tal como la producción de bioplásticos y productos naturales tales como flavonoides.
La cianobacteria recombinante de Synechococcus elongatus obtenida en el CNB ha sido diseñada siguiendo métodos computacionales y presenta múltiples ventajas con respecto a bacterias similares existentes. Una ventaja es que la cianobacteria presenta una producción de sacarosa acoplada al crecimiento y no necesita un ambiente con alta concentración de sal y estrés osmótico. La independencia de sal permite mantener una producción de sacarosa constante sin necesidad de implementar costosos bioprocesos de dos fases, crecimiento y producción.
Una imagen de cómo podría ser el cultivo de cianobacterias en canales tubulares y la producción de PHA u otros bioproductos alimentados por la sacarosa a partir de otra bacteria en fermentadores tradicionales industriales.
Adicionalmente, la producción de sacarosa de forma continua permite tener la fuente de carbono in situ, ahorrando costes de producción y transporte. Es decir, una biofactoría de este tipo podría acoplarse con otro proceso industrial que genere CO2, el cual, en vez de ser emitido a la atmosfera, sería canalizado para alimentar la biofactoría.
“La patente cubre la fase de producción de sacarosa por la cianobacteria. Estamos intentando validar ya algún bioproceso que incluya también la producción de polihidroxialcanoatos (PHA), polímeros microbianos con propiedades parecidas a los plasticos por lo que también son conocidos como bioplasticos, como metabolitos de interés. La cepa se puede transferir ya”, explica Juan Nogales Enrique, investigador principal del proyecto en el CNB.
La idea final, explica Nogales, sería escalar el proceso de producción de sacarosa en biorreactores industriales y utilizar los sobrenadantes con alto contenido en sacarosa (5-10 g/L) para alimentar procesos industriales basados en la utilización de azucares.
Una biofactoría de ese tipo podría consistir, añade, “en biorreactores circulares los cuales se podrían filtrar para obtener la sacarosa. La biomasa de cianobacteria se podría utilizar para la extracción de pigmentos u otros productos de interés más tradicionales que ya se extraen de estas cianobacterias”. Además, los biorreactores podrían estar “en la misma biofactoría donde se produce el metabolito final, lo que ahorraría transporte y otros costos”, concluye.
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