Biodiesel suicida

.

Esquema mostrando el proceso de producción de biodiesel a partir de algas eucariotas. El alga se crece en fotobiorreactores, transformando el CO2 en biomasa gracias a la luz. Posteriormente se recogen y se lisan. Las grasas se separan del resto de componentes celulares mediante una extracción con solventes orgánicos. Después de evaporar los solventes, las grasas son transformadas en biodiesel. La ventaja de usar cianobacterias es que estas crecen más rápido que las algas eucariotas, pero su rotura es más difícil.

En Microbiología Industrial, los procesos más complicados y por lo tanto más caros, suelen ser los llamados post-fermentativos, conocidos en inglés como downstream processing. Dichos procesos están diseñados para la recuperación y purificación de los productos obtenidos tras alguna fermentación industrial u otro procedimiento biotecnológico. En muchos casos, el microorganismo sintetiza el producto de interés y lo secreta al medio donde está creciendo. Es el caso de los antibióticos como la penicilina. Así que el primer paso de la purificación es separar las células del medio de cultivo y después extraer el antibiótico de dicho medio. Pero hay otras ocasiones en que el producto se queda en el interior de las células por lo que lo primero que se hace es separar las células y posteriormente romperlas para a continuación, separar el producto del resto de componentes celulares. Con el biodiesel producido por cianobacterias estamos en este último caso.

Los procesos industriales de ruptura celular son variopintos, pero todos tienen algo en común: son caros. Y para complicar las cosas, lisar cianobacterias no es fácil debido a sus paredes celulares. La combinación de ambas dificultades significaba que la producción de biodiesel a partir de cianobacterias no fuera tan económicamente interesante como para ser considerada una buena alternativa a los combustibles derivados del petróleo.

Envolturas celulares de la cianobacteria Synechocystis. El asterisco marca la capa-S. Debajo, la cabeza de flecha blanca indica la membrana externa. El peptidoglicano está señalado por la flecha y finalmente la cabeza de flecha negra marca el lugar de la membrana citoplásmatica (fuente PNAS).

Pero la situación puede cambiar. Los investigadores Xinyao Lui y Roy Curtiss del Centro de Enfermedades Infecciosas y Vacunas de la Universidad Estatal de Arizona han desarrollado un nuevo método para conseguir romper las cianobacterias de forma barata y sencilla: diseñar una cianobacteria que presente autolisis inducida.

En su trabajo han utilizado a la especie Synechocystis. Esta cianobacteria es muy fácil de manipular genéticamente. Así que le han introducido en su genoma varios genes líticos derivados de virus bacteriófagos y los han colocado bajo el control de un promotor inducible que se activa cuando hay niquel en el medio de cultivo. Han utilizado tres estrategias. En la primera introdujeron los genes que constituyen el cassette de lisis del fago P22 o del fago l. En la segunda los genes introducidos codificaban sólo para la holina y las endolisinas. La tercera consistió en combinar genes líticos de diferentes fagos. En los tres casos, las células transgénicas de Synechocystis se lisaban en cuanto se añadía sulfato de níquel al medio donde crecían.

Las funciones de la holina y las endolisinas en la degradación de la pared celular. La holina (H) produce unas lesiones no específicas en la membrana citoplasmática y permite que las endolisinas (A, amidasa; M, muraminidasa; T, transglicosilasa; E, endopeptidasa) puedan alcanzar el peptidoglicano. La muraminidasa y la transglicosilasa rompen los puentes glucosídicos entre la N-acetilglucosamina (NAG)y el N-acetilmurámico (NAM). La amidasa y la endopeptidasa rompen los puentes peptídicos (P-P) que unen las cadenas de azúcares. Una vez desturido el peptidoglicano la célula explota debido a la alta presión osmótica causada por el contenido citoplasmático (Fuente PNAS).

Fotografías de microscopía electrónica de transmisión mostrando el efecto de la adición de níquel en un cultivo de células transgénicas de Synechocystis. (A) antes de la adición; (B) 6 horas después de la adición; (C) 12 horas; (D) 24 horas después. Fuente PNAS.

¿Qué es lo que queda por hacer? Pues por un lado probar si estas cianobacterias transgénicas producen tanto biodiesel como las cianobacterias silvestres de las que derivan. Por otro, probar nuevas estrategias para favorecer la ruptura celular para que esta sea más rápida y eficiente. Por lo pronto el Departamento de Energía de los EEUU ha concedido al grupo investigador una ayuda de 5 millones de dólares para los próximos dos años.

Eso si que es desarrollar una economía sostenible basada en la innovación y no el tijeretazo que hemos sufrido en estas tierras.

Audio en "El podcast del microbio"

.