Investigadores de la Universidad de Manchester han logrado un avance significativo en el uso de cianobacterias, comúnmente conocidas como «algas azul-verdosas», para convertir el dióxido de carbono (CO2) en materiales bio-basados de gran valor. Su trabajo, publicado en la revista Biotechnology for Biofuels and Bioproducts, podría acelerar el desarrollo de alternativas sostenibles a productos derivados de combustibles fósiles, como los plásticos, contribuyendo así a la creación de una economía circular bioeconómica y carbononeutral.
El equipo, liderado por el Dr. Matthew Faulkner, junto al Dr. Fraser Andrews y el Profesor Nigel Scrutton, centró su investigación en la producción de citramalato, un compuesto precursor de plásticos renovables como el Perspex o el Plexiglás. Mediante un enfoque innovador denominado «diseño de experimentos», lograron aumentar en 23 veces la producción de citramalato al optimizar parámetros clave del proceso.
La relevancia de las cianobacterias
Las cianobacterias son organismos microscópicos capaces de realizar la fotosíntesis, convirtiendo la luz solar y el CO2 en compuestos orgánicos. Se presentan como una opción prometedora para aplicaciones industriales, ya que 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 eficiencia limitada de estos organismos han representado un obstáculo para su uso industrial a gran escala.
El Dr. Faulkner explica: «Nuestra investigación aborda uno de los principales cuellos de botella en el uso de cianobacterias para la fabricación sostenible. Al optimizar cómo estos organismos convierten el carbono en productos útiles, hemos dado un paso importante hacia la viabilidad comercial de esta tecnología.»
El estudio se centró en la cepa bien estudiada de cianobacterias Synechocystis sp. PCC 6803. El citramalato, objeto de estudio, se produce en un único paso enzimático utilizando dos metabolitos clave: piruvato y acetil-CoA. Al ajustar parámetros como la intensidad de la luz, la concentración de CO2 y la disponibilidad de nutrientes, los investigadores lograron aumentar significativamente la producción de citramalato.
Los experimentos iniciales solo produjeron pequeñas cantidades de citramalato, pero el diseño experimental permitió al equipo explorar de manera sistemática la interrelación 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. Aunque la productividad disminuyó ligeramente al escalar a reactores de 5 litros debido a desafíos en la entrega de luz, el estudio demuestra que tales ajustes son manejables en los procesos de escalado biotecnológico.
Las implicaciones de esta investigación van más allá de los plásticos. El piruvato y el acetil-CoA, los metabolitos clave involucrados en la producción de citramalato, son también precursores de muchos otros compuestos de importancia biotecnológica. Las técnicas de optimización demostradas en este estudio podrían, por lo tanto, aplicarse para producir una variedad de materiales, desde biocombustibles hasta productos farmacéuticos.
Al mejorar la eficiencia en 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 economía circular bioeconómica», añade el Dr. Faulkner. «Al convertir el CO2 en algo valioso, no solo estamos reduciendo emisiones, sino que estamos creando un ciclo sostenible donde el carbono se convierte en el bloque de construcción de los productos que utilizamos en nuestra vida cotidiana.»
El equipo planea seguir refinando sus métodos y explorar formas de escalar la producción mientras mantienen la eficiencia. También investigan cómo su enfoque puede adaptarse para optimizar otros caminos metabólicos en las cianobacterias, con el objetivo de ampliar la gama de productos bio-basados que pueden fabricarse de forma sostenible.
