Científicos de la Universidad de Manchester han logrado un avance significativo en el uso de cianobacterias, comúnmente conocidas como algas verdiazules, para convertir dióxido de carbono (CO2) en valiosos biomateriales.
El trabajo de los investigadores, publicado en la revista Biotechnology for Biofuels and Bioproducts, acelera significativamente el desarrollo de alternativas sostenibles a los productos derivados de combustibles fósiles como el plástico, ayudando a allanar el camino hacia una bioeconomía circular neutra en carbono, dijo Enna Bartlett en un lanzamiento de la Universidad de Manchester.
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 metacrilato o el plexiglás.
Utilizando un enfoque innovador llamado diseño de experimento, el equipo logró un notable aumento de 23 veces en la producción de citramalato optimizando parámetros clave del proceso.
Las cianobacterias son organismos microscópicos capaces de realizar la fotosíntesis, convirtiendo la luz solar y el CO2 en compuestos orgánicos. Son candidatos prometedores para aplicaciones industriales porque pueden convertir el CO2, un importante gas de efecto invernadero, en productos valiosos, pero hasta ahora el lento crecimiento y la eficiencia limitada de estos organismos han planteado desafíos para el uso industrial a gran escala.
«Nuestra investigación aborda uno de los principales obstáculos en el uso de cianobacterias para la producción sostenible», explica Faulkner. «Al optimizar la forma en que estos organismos convierten el carbono en productos útiles, hemos dado un paso importante para hacer que esta tecnología sea comercialmente viable».
La investigación del equipo se centró en Synechocystis sp. PCC 6803, una cepa de cianobacterias bien estudiada.
El citramalato, el tema de su estudio, se produce en un solo paso enzimático utilizando dos metabolitos clave: piruvato y acetil-CoA (acetil-coenzima A, un compuesto importante para muchas reacciones bioquímicas). Al ajustar los 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 produjeron sólo pequeñas cantidades de citramalato, pero el diseño del enfoque experimental permitió al equipo examinar sistemáticamente las interacciones entre varios factores. Como resultado, la producción de citramalato aumentó a 6,35 gramos por litro (g/L) en fotobiorreactores de 2 L con una tasa de producción de 1,59 g/L/día.
Aunque el rendimiento disminuyó ligeramente cuando los volúmenes del reactor se aumentaron a 5 litros debido a problemas de suministro de luz, el estudio muestra que tales ajustes son manejables en los procesos de ampliación de escala de la biotecnología.
Las implicaciones de esta investigación se extienden más allá del plástico. El piruvato y el acetil-CoA, metabolitos clave implicados en la producción de citramalato, también son precursores de muchos otros compuestos biotecnológicamente relevantes. Por tanto, las técnicas de optimización demostradas en este estudio se pueden aplicar a la producción de diversos materiales, desde biocombustibles hasta productos farmacéuticos.
Al mejorar la eficiencia de la captura y el uso de carbono, la investigación contribuye a los esfuerzos globales para mitigar el cambio climático y reducir la dependencia de recursos no renovables.
«Este trabajo destaca la importancia de una bioeconomía circular», dice Faulkner. «Al convertir el CO2 en algo valioso, no solo estamos reduciendo las emisiones: estamos creando un ciclo sostenible en el que el carbono se convierte en un componente básico de los productos que utilizamos todos los días».
El equipo planea continuar mejorando sus métodos y explorando formas de escalar la producción manteniendo la eficiencia. También están explorando cómo se puede adaptar su enfoque para optimizar otras rutas metabólicas en las cianobacterias, con el objetivo de ampliar la gama de bioproductos que se pueden producir de forma sostenible.
Fuente y foto: Universidad de Manchester. Autor: Enna Bartlett.
