UABDivulga - Barcelona recerca i innovació

El modelo productivo actual está basado en un modelo económico lineal en el cual se utilizan materias primas de origen fósil (como el petróleo) para obtener combustibles, varios compuestos químicos y materiales (principalmente plásticos). El hecho de usar hidrocarburos provenientes del subsuelo ha provocado una acumulación ininterrumpida de dióxido de carbono en la atmósfera que ha desencadenado el calentamiento global.

La estrategia alternativa a la economía lineal es la economía circular. En este caso, los recursos utilizados no son de origen fósil, sino de residuos agrícolas, de la limpieza de sotobosque u otros tipos de residuos orgánicos de origen industrial o municipal.

El objetivo de este proyecto de investigación desarrollado al Grupo de Investigación ENG4BIO del Departamento de Ingeniería Química, Biológica y Ambiental consiste en la obtención de una factoría celular capaz de transformar el glicerol crudo (un residuo orgánico de la industria del biodiésel sin tratar y que, por lo tanto, contiene impurezas como el metanol) en ácido 3-hidroxipropiónico (3-HP), que es una molécula-plataforma de la cual se pueden obtener otros muchos productos de interés. Por ejemplo, se puede convertir en ácido acrílico (precursor para la producción de plásticos superabsorbentes) o bioplásticos. En ambos casos, se trata de productos sustitutivos de los plásticos derivados del petróleo.

Generalmente, los procesos químicos convencionales no permiten la conversión directa de estos residuos orgánicos en productos de interés. Afortunadamente, hay microorganismos capaces de consumir estos residuos y otros microorganismos capaces de producir productos de interés industrial. En este caso, hay bacterias que pueden producir 3-HP de manera natural en pequeñas cantidades, pero son bacterias difíciles de cultivar y que crecen lentamente. Este hecho dificulta su uso a escala industrial, puesto que, para lograr un proceso rentable y sostenible, hace falta que la conversión del glicerol a 3-HP sea eficiente. Nuestra estrategia ha consistido a transferir la capacidad de producir 3-HP desde un microorganismo que lo produce de manera natural a la levadura Pichia pastoris, que es un microorganismo ampliamente utilizado en la industria porque tiene un crecimiento rápido en un medio de cultivo barato y es capaz de utilizar eficientemente lo glicerol crudo como alimento.

Para que P. pastoris sea capaz de producir 3-HP, se han transferido los genes relacionados con la síntesis de 3-HP desde una bacteria productora natural (Chloroflexus aurantiacus) a P. pastoris. Cada gen transferido aporta una función al microorganismo, dando las instrucciones para la síntesis de cada una de las enzimas que realizan las reacciones químicas de síntesis del 3-HP. Una vez transferidos estos genes a P. pastoris, se ha verificado que el microorganismo modificado produce 3-HP. A continuación, se han introducido modificaciones genéticas adicionales para redirigir el metabolismo de la levadura productora hacia la producción de 3-HP. Para escoger y diseñar las modificaciones necesarias para lograr el objetivo, se ha seguido el flujo de trabajo marcado por el ciclo DBTL (diseño, construcción, evaluación y aprendizaje, en sus siglas en inglés). Este ciclo consiste en un proceso de aprendizaje iterativo y es muy habitual en proyectos de ingeniería metabólica. Después de varios ciclos DBTL, se ha conseguido incrementar 14 veces el rendimiento de producción de 3-HP.

Finalmente, las mejores cepas han sido probadas en biorreactores de escala laboratorio en condiciones controladas. Se han obtenido niveles de 3-HP prometedores, superiores a los conseguidos previamente en otras levaduras como Saccharomyces cerevisiae o Schizosaccharomyces pombe.