Revertir la economía del carbono mediante técnicas para aprovechar las cianobacterias
Las cianobacterias —frecuentemente denominadas como algas verdeazuladas— son una variedad de bacterias primitivas consideradas como las artífices de la fotosíntesis, obteniendo energía del sol y dióxido de carbono de la atmósfera y absorbiendo a la vez también agua y nutrientes inorgánicos disueltos para crecer. Este proceso da como resultado biomasa o compuestos orgánicos, como carbohidratos y proteínas, y compuestos químicos valiosos, útiles para los seres humanos para productos farmacéuticos o como componentes para materiales como el plástico. Recientemente, se han llevado a cabo esfuerzo para modificar genéticamente algunas especies de cianobacterias en aras de producir componentes químicos básicos, si bien los rendimientos han seguido siendo muy bajos para aplicaciones prácticas, y las técnicas y herramientas todavía no son tan avanzadas como las establecidas para otros organismos como la levadura. El proyecto financiado con fondos europeos Cynthetica, que contó con el apoyo del programa Marie Skłodowska-Curie, demostró la modificación genética de una cepa de cianobacterias de crecimiento rápido, identificada recientemente, con potencial para la producción industrial. Las cianobacterias expresaron una proteína dentro de la célula que puede emplearse para crear «microdominios» y puntos de anclaje para enzimas en rutas biosintéticas a fin de producir los compuestos químicos de interés.
Los microdominios, el ancla y la herramienta de captura
Las cianobacterias presentan de forma natural una gran cantidad de membranas en el interior de sus células y, como algunas bacterias producen y usan microdominios de membrana, el equipo de Cynthetica estaba interesado en corroborar si se podrían crear microdominios similares en cianobacterias. El profesor Poul Erik Jensen, coordinador del proyecto, comenta: «Queríamos comprobar si la adición y la organización de más enzimas en las membranas de microdominios proteicos podría conllevar una mayor producción de los compuestos químicos de interés. Uno de estos compuestos son los diterpenos, que tienen un gran interés para la industria farmacéutica ya que presentan propiedades antimicrobianas y antiinflamatorias». El equipo desarrolló «anclas» de membrana, es decir, una secuencia de aminoácidos en un extremo terminal de la proteína, para unir las enzimas a los microdominios de membrana. A pesar de que este procedimiento había sido evaluado y demostrado, solo se pudieron anclar un número limitado de enzimas. Además, el equipo creó una «herramienta de captura» o compartimento dentro de la célula. Dado que algunos productos químicos intermedios (productos de reacciones químicas) pueden ser venenosos para la célula, su eliminación limita el daño que pueden causar.
Hacia una sociedad basada en la biología
La técnica de Cynthetica representaría una gran oportunidad para los esfuerzos destinados a reducir la dependencia de los combustibles fósiles en la producción de materiales y medicamentos. Además, las cianobacterias requieren alrededor de cuarenta veces menos superficie terrestre y diez mil veces menos agua que las plantas para producir una cantidad parecida de productos, al tiempo que casi no generan residuos. Esto significa que los centros industriales podrían ubicarse en desiertos, mares o terrenos baldíos. El profesor Jensen comenta: «En el futuro, los organismos fotosintéticos, como las cianobacterias, podrían revertir la economía del carbono gracias a la utilización del dióxido de carbono atmosférico, considerado generalmente como un problema». Mientras los resultados están pendientes de ser publicados, el equipo continúa ajustando el proceso. El siguiente paso crucial será unir las enzimas a los microdominios proteicos en grandes cantidades. Además, la técnica tendrá que funcionar para diferentes rutas biosintéticas, algunas de las cuales requieren múltiples pasos y, por lo tanto, dependen de varias enzimas diferentes que trabajan en conjunto como una cinta transportadora. Los resultados del equipo ayudarán a las empresas a introducir la técnica en entornos de producción industrial.
Palabras clave
Cynthetica, biotecnología, cianobacteria, fotosíntesis, dióxido de carbono, compuestos farmacéuticos, compuestos químicos, proteínas, enzimas, membranas, biosintético, modificación genética
