GENÓMICA Y BIOECONOMÍA
Microfábricas biológicas producen combustibles iguales a los que se extraen del subsuelo
Dr. Gerardo Jiménez Sánchez
El mundo de hoy consume más de 85 millones de barriles de petróleo al día. Este es el combustible fósil más común por encima del carbón y los productos del gas natural. Los combustibles fósiles se generan a partir de procesos químicos que toman entre 150 y 300 millones de años en transformar materia orgánica en estas moléculas altamente energéticas. En poco más de 200 años, a partir de la Revolución Industrial cuando se comenzaron a extraer combustibles fósiles a gran escala, se han consumido una gran cantidad de ellos con el consecuente impacto deletéreo sobre el medio ambiente.
Los combustibles fósiles son formas increíblemente densas de energía por lo que se usan para mover vehículos, producir electricidad y hacer posible prácticamente todas las actividades de las sociedades contemporáneas. Sin embargo, las reservas de estos combustibles son finitas, por lo cual su agotamiento es solo cuestión de tiempo. De acuerdo a la Agencia Central de Inteligencia, la CIA por sus siglas en inglés, las reservas de petróleo crudo están desapareciendo a una tasa de 4,000,000,000 de toneladas al año (http://goo.gl/FHWln). De seguir así, aún si la población no incrementara, las reservas de petróleo conocidas hasta ahora se terminarían en el año 2052.
Frente a este escenario, se espera que las ciencias de la vida contribuyan al diseño de una nueva generación de biocombustibles que sean costo efectivas, competitivas, sustentables, renovables y con bajo impacto ambiental; que puedan ser escalables en función de la demanda y flexibles para utilizar diversas materias primas; que no enfrenten a los retos de la energía nuclear; que sean seguras en su forma de producción y que contribuyan a una economía sustentable. En consecuencia, han surgido diversas iniciativas orientadas a la generación de cadenas de carbono capaces de producir energía. Estas estructuras existen en distintos tamaños y formas. Algunas son pequeñas como el etanol que contiene dos átomos de carbono, otras más largas de entre 13 y 17 carbonos conocidas como hidrocarburos, se encuentran principalmente en el petróleo y tienen una alta densidad energética.
Actualmente existen cuando menos tres estrategias para generar estas moléculas, la primera se basa en la utilización de estructuras formadas a base de azúcares como la celulosa que al romperse se liberan para su fermentación dando lugar al alcohol conocido como etanol. La segunda se basa en la transformación de grasa en biodiesel mediante una reacción química relativamente sencilla. La tercera consiste en el diseño de procesos químicos que agregan átomos de carbono a una cadena pequeña hasta formar hidrocarburos. Las tres ya se encuentran a niveles de escalamiento industrial en diversos países del mundo.
El acelerado desarrollo de la genómica ha estimulado estrategias para la producción de biocombustibles a partir de la introducción de genes en microorganismos, convirtiéndolos así en microfábricas para la producción de estos compuestos. Para ello, se ha logrado introducir genes en microalgas unicelulares, levaduras o bacterias que, en consecuencia, comienzan a producir el combustible de interés. Algunas estrategias consisten en la introducción de uno o dos genes que permiten utilizar el carbono del CO2 del medio ambiente y convertirlo en azúcares para producir etanol y otros biocombustibles (http://www.algenolbiofuels.com). Mas aún, se han desarrollado plataformas para la producción industrial de etanol que ya se utiliza como combustible de vehículos comerciales a partir del ADN que tiene la información para llevar a cabo procesos de fotosíntesis, es decir, la conversión del CO2 y la luz solar en energía. Empresas como Joules comienzan a producir millones de galones de etanol mediante esta tecnología (http://www.jouleunlimited.com).
Otras estrategias consisten en diseñar secuencias de ADN con la información necesaria para producir precursores de biocombustibles a partir de azúcares procedentes de vegetales no comestibles. Estas secuencias de ADN se introducen en levaduras que generan grandes cantidades del producto deseado. Tal es el caso del proceso desarrollado por los científicos de Amyris en Brasil que, a través de una asociación público privada, diseñaron un sistema para producir farneseno, un químico utilizado como combustible para aviones comerciales y como precursor de bioplásticos, lubricantes, polímeros y cosméticos, entre otros productos de alto valor comercial (http://www.amyris.com).
La genómica ha logrado alcances antes no imaginados en la generación de biocombustibles, como en el caso de la producción de alcanos, que son los principales hidrocarburos en la gasolina, el diesel y la turbosina. Así, la comparación de genomas completos de algas verde-azules permitió el descubrimiento de un proceso biológico para producir estos hidrocarburos. La estrategia requiere de dos genes cuyos productos convierten ácidos grasos en estos productos. Así, la introducción de ADN de algas en bacterias, da como resultado la producción y secreción de mezclas de hidrocarburos de entre 13 a 17 carbonos, combustibles idénticos a los que se obtienen del petróleo (http://www.ls9.com).
La genómica permite conocer procesos diseñados por la naturaleza y así diseñar ADN para la generación de moléculas que contribuyen al bienestar de la humanidad. Históricamente México ha sido un productor importante de petróleo, no así de aplicaciones de la investigación científica a pesar de contar con instituciones sólidas y talentos humanos reconocidos a nivel internacional. Si bien es importante buscar esquemas jurídicos, financieros y tecnológicos que permitan identificar y extraer hidrocarburos a partir de nuevos yacimientos de petróleo, resulta de elemental sensibilidad el impulso simultáneo a la investigación científica orientada a atender retos nacionales y globales de los que depende el bienestar de los mexicanos. Los elementos están ahí, solo falta la visión de altos vuelos que verdaderamente confíe en que México puede desarrollar innovación científica competitiva que ofrezca alternativas efectivas para enfrentar a los retos energéticos y ambientales contemporáneos.
www.genomicaybioeconomia.org
gerardo.jimenez@genomicaybioeconomia.org
Profesor de Genómica y Bioeconomía, Escuela de Salud
Pública de Harvard. Presidente de Biotecnología de la OCDE.
Presidente Ejecutivo, Global Biotech Consulting Group.
Presidente de Genómica y Bioeconomía A.C.