En un sorprendente avance que une a los álamos, los tiburones y los biocombustibles, un equipo de bioquímicos de la Universidad Estatal de Michigan, en los Estados Unidos, ha publicado hallazgos emocionantes en la búsqueda de soluciones más limpias. El estudio, publicado en la revista Plant Biotechnology Journal, investiga cómo los álamos pueden ser modificados genéticamente para producir un compuesto químico de gran valor comúnmente obtenido del hígado de tiburón.
Innovación en biotecnología vegetal
La ingeniería de álamos podría aumentar significativamente su viabilidad económica como fuente de bioproductos y reducir la destructiva cosecha de tiburones. «Creo que este proyecto destaca cómo podemos usar cultivos industriales de nuevas maneras», comentó Jake Bibik, primer autor del artículo y ex-estudiante doctoral en el laboratorio del investigador de la Universidad Estatal de Michigan, Björn Hamberger. «Usar materiales biológicos como el álamo podría proporcionar una alternativa más sostenible para generar químicos típicamente derivados de combustibles fósiles o incluso nuevos productos químicos especializados».
Ventajas y desafíos de los álamos
Los álamos ya cumplen con varios requisitos para ser una materia prima exitosa para biocombustibles: crecen rápidamente en tierras no agrícolas y su biomasa puede descomponerse y fermentarse para la producción de biocombustibles. Sin embargo, la competitividad económica sigue siendo un desafío. «Los biocombustibles aún no son competitivos contra la petroquímica barata», explicó Hamberger, profesor de la Facultad de Ciencias Naturales en el Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad Estatal de Michigan.
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En búsqueda de productos de alto valor
Los científicos del Great Lakes Bioenergy Research Center (GLBRC) han buscado formas de extraer productos de alto valor de la biomasa. Investigaciones anteriores han demostrado que los álamos pueden ser una fuente viable de p-aminofenol, utilizado en la fabricación de tintes, adhesivos y otros polímeros, así como paracetamol, el ingrediente activo del Tylenol. Hamberger sugirió enfocar la investigación en los terpenos, compuestos químicos utilizados por las plantas en interacciones ambientales únicas como la atracción de polinizadores o la defensa contra plagas.
El potencial de los terpenos
Los terpenos, la clase más antigua y grande de metabolitos especializados del planeta, tienen propiedades antiinflamatorias, antimicrobianas, anticancerígenas y antibacterianas, y son componentes clave en saborizantes, cosméticos y perfumes. El equipo de investigación se enfocó en un terpeno llamado escualeno, ampliamente utilizado en productos cosméticos y un componente crucial en vacunas, tradicionalmente obtenido del hígado de tiburón.
Ingeniería de álamos para producir escualeno
El equipo de investigación modificó genéticamente álamos para producir escualeno a través de dos vías químicas distintas. Una vía utilizaba el citosol, la sustancia gelatinosa en el centro de las células, mientras que otra producía escualeno en los cloroplastos, los orgánulos responsables de la fotosíntesis. La vía del cloroplasto resultó en la producción de 0.63 miligramos de escualeno por gramo de hojas, un resultado prometedor que llevó al equipo a un «chequeo de realidad».
Evaluación económica
Trabajando con Christos Maravelias, profesor de ingeniería química y biológica en la Universidad de Princeton, el equipo realizó un análisis para determinar el precio mínimo de venta del escualeno producido por álamos necesario para alcanzar el punto de equilibrio. Los investigadores encontraron que este precio sería de 144 dólares por kilogramo, comparado con los 40 dólares por kilogramo del escualeno derivado de tiburón.
Estrategias para aumentar el valor
Aumentar la producción total es una forma de incrementar el valor, pero otra opción intrigante es transformar el escualeno en ambrein, un terpeno de alto valor utilizado en perfumes. Investigaciones anteriores han demostrado que las bacterias pueden ser modificadas para producir ambrein, lo que sugiere que los álamos también podrían hacerlo.
Reducción de emisiones y sostenibilidad
Otra ventaja es la reducción de emisiones de isopreno, un gas que contribuye indirectamente al efecto invernadero, en los álamos modificados para producir escualeno. «Jake, Björn y sus colegas están trabajando en un método con quizás la mayor promesa para producir químicos especializados y biocombustible para cuando solo el combustible líquido sea viable, como en los viajes en avión», dijo Tom Sharkey, profesor distinguido de la Universidad Estatal de Michigan y colaborador del estudio.
Conclusiones y perspectivas futuras
Estos hallazgos marcan un avance significativo en la transformación de los álamos en una fuente aún más atractiva de biocombustibles y compuestos valiosos. Para Bibik, ahora científico senior en la empresa de biotecnología MelaTech, los resultados del equipo son otro paso hacia el aprovechamiento de la diversidad bioquímica de nuestro planeta para abordar algunos de sus mayores desafíos. «Creo que este trabajo contribuye a una base creciente que es necesaria para poder traducir la ingeniería de plantas y la investigación en terpenoides en biotecnologías significativas».
