Optimizan la forma en que las cianobacterias convierten el carbono
Científicos de la Universidad de Manchester han logrado un significativo avance en el uso de cianobacterias, comúnmente conocidas como "algas verdeazuladas", para convertir el dióxido de carbono (CO2) en valiosos materiales de origen biológico.
Su trabajo podría acelerar el desarrollo de alternativas sostenibles a los productos derivados de combustibles fósiles como los plásticos, ayudando a allanar el camino para una bioeconomía circular neutral en carbono.
La investigación, dirigida por el Dr. Matthew Faulkner, en colaboración con el Dr. Fraser Andrews y el profesor Nigel Scrutton, se centró en mejorar la producción de citramalato, un compuesto que sirve como precursor de plásticos renovables como el Perspex o el plexiglás. Mediante un enfoque innovador denominado "diseño de experimentos", el equipo logró un notable aumento de 23 veces en la producción de citramalato al optimizar los parámetros clave del proceso.
Imagen derecha. Cianobacteria Synechocystis sp
¿Por qué cianobacterias?
Las cianobacterias son organismos microscópicos capaces de realizar la fotosíntesis, convirtiendo la luz solar y el CO2 en compuestos orgánicos. Son un prometedor candidato para aplicaciones industriales porque pueden transformar el CO2 (un importante gas de efecto invernadero) en productos valiosos sin depender de recursos agrícolas tradicionales como el azúcar o el maíz. Sin embargo, hasta ahora, el lento crecimiento y la limitada eficiencia de estos organismos han planteado desafíos para su uso industrial a gran escala.
"Nuestra investigación aborda uno de los principales obstáculos a la hora de utilizar cianobacterias para la fabricación sostenible", explica Matthew. "Al optimizar la forma en que estos organismos convierten el carbono en productos útiles, hemos dado un importante paso para hacer que esta tecnología sea comercialmente viable".
La ciencia detrás del avance
La investigación del equipo se centró en Synechocystis sp. PCC 6803, una cepa de cianobacteria muy estudiada. El citramalato, el foco de su estudio, se produce en un único paso enzimático utilizando dos metabolitos clave: piruvato y acetil-CoA. Al ajustar parámetros del proceso como la intensidad de la luz, la concentración de CO2 y la disponibilidad de nutrientes, los investigadores pudieron aumentar significativamente la producción de citramalato.
Los experimentos iniciales sólo produjeron pequeñas cantidades de citramalato, pero el diseño del enfoque experimental permitió al equipo explorar sistemáticamente la interacción entre múltiples factores. Como resultado, aumentaron la producción de citramalato a 6,35 gramos por litro (g/L) en fotobiorreactores de 2 litros, con una tasa de productividad de 1,59 g/L/día.
Imagen: La reacción catalizada por la citramalato sintasa
Si bien la productividad disminuyó levemente al ampliar los reactores a 5 litros debido a los desafíos de suministro de luz, el estudio demuestra que tales ajustes son manejables en los procesos de ampliación de escala de la biotecnología.
Una visión de bioeconomía circular
Las implicaciones de esta investigación van más allá de los plásticos. El piruvato y el acetil-CoA, los metabolitos clave que intervienen en la producción de citramalato, también son precursores de muchos otros compuestos de importancia biotecnológica. Por lo tanto, las técnicas de optimización demostradas en este estudio podrían aplicarse para producir una variedad de materiales, desde biocombustibles hasta productos farmacéuticos.
Al mejorar la eficiencia de la captura y utilización del carbono, la investigación contribuye a los esfuerzos globales para mitigar el cambio climático y reducir la dependencia de recursos no renovables.
"Este trabajo subraya la importancia de una bioeconomía circular", añade Matthew. "Al convertir el CO2 en algo valioso, no solo estamos reduciendo las emisiones, sino que estamos creando un ciclo sostenible en el que el carbono se convierte en el componente básico de los productos que utilizamos todos los días".
¿Qué sigue?
El equipo planea perfeccionar aún más sus métodos y explorar formas de aumentar la producción manteniendo la eficiencia. También están investigando cómo su enfoque puede adaptarse para optimizar otras vías metabólicas en las cianobacterias, con el objetivo de ampliar la gama de productos de origen biológico que pueden fabricarse de forma sostenible.
La investigación se ha publicado en Biotechnology for Biofuels and Bioproducts: Improving productivity of citramalate from CO2 by Synechocystis sp. PCC 6803 through design of experiment
