Bacterias que pueden cambiar la industria de los biocombustibles


Para reinventar el negocio de los combustibles, los ingenieros de la empresa Joule Unlimited juegan con pequeñas formas de vida todo el día.

La compañía de cuatro años está en la vanguardia de una rama de la biotecnología que se nutre de la riqueza del conocimiento proveniente de la secuenciación del genoma y de poderosas herramientas de computador para comenzar de ceros y preguntarse ¿si quisieras el combustible ideal, como lo harías?

La respuesta que ellos han otorgado es un tipo de diesel secretado por un microbio genéticamente modificado en bio-reactores planos de plástico. Los únicos aportes iniciales para este organismo de “bio-fabricación” son luz del sol, dióxido de carbono y algunos nutrientes.

Joule Unlimited tiene un largo camino antes de poder sacar un beneficio comercial de esto. Pero una mirada cercana a su estrategia de negocio y a sus laboratorios demuestra las posibilidades de la biotecnología con el objetivo de darle una nueva forma a la industria de los combustibles.

Después de un decepcionante progreso haciendo etanol desde desechos provenientes de la agricultura, mucha de la atención del público se ha centrado en los vehículos eléctricos para contribuir a un transporte más ecológico, pero reemplazar combustibles fósiles y químicos por fuentes basadas en plantas es una parte muy importante del asunto.

Joule Unlimited fue cofundado por inversores de riesgo del fondo Flagship Ventures, quienes adoptaron un enfoque nuevo en la fabricación de biocombustibles a gran escala después de invertir en otros dos emprendimientos que también utilizaban técnicas de biología sintética: Mascoma y LS9.

En vez de utilizar algas o modificar los genes de bacterias industriales, tales como la E. coli, Joule está haciendo ingeniería metabólica de cianobacterias o algas verde-azules, las cuales se piensa evolucionaron hace 2.9 billones de años y son las abuelas de todos los organismos acuáticos fotosintéticos.

Los bioingenieros de Joule se tomaron la tarea de derrumbar muchas barreras, afirmó Dan Robertson, vicepresidente de servicios biológicos (y primer empleado) de la empresa. En vez de cultivar biomasa y luego extraer el combustible de ella, Joule y otras quieren hacer combustible secretado directamente de microorganismos. En lugar de darle azúcar (típicamente de caña) al E. coli y luego fermentar la solución para elaborar combustible a base de alcohol, Joule ha diseñado un sistema de producción continua de combustible. Las algas no fueron escogidas por la cantidad de agua debe ser eliminada y por ser más difíciles de tratar.

“En un lugar, la luz está siendo absorbida y el dióxido de carbono tomado donde puedas obtener moléculas de carbono para lograr hacer tu producto”, explicó Robert.

Las cianobacterias producen hidrocarburos en bio-reactores, los cuales son tomados de la solución de agua de color verde. No hay materia prima  para producir y enviar, ni siquiera biomasa que recoger y luego procesar. La compañía está utilizando unas instalaciones de prueba en Texas donde se utilizan camiones con el CO2 necesario para propósitos de pruebas. Para futuros sitios, tienen la intención de obtener el CO2 de socios industriales. Las emisiones de plantas de energía a base de carbón pueden ser dadas de alimento a las cianobacterias después de remover, como se está haciendo, el mercurio y el arsénico, afirmó Robertson.

Control de microbios


Imagen: blogs.cincodias.com/gran-bazar
Cultivar organismos específicos, tales como el E. coli, para propósitos específicos ha sido un proceso habitual por años, pero los avances en biotecnología están permitiendo a los biólogos manipular organismos con mucha más calidad en control y velocidad.

En el caso de Joule, los biólogos están optimizando el metabolismo de las cianobacterias para obtener resultados. En vez de alimentarlas y darles más luz para que lo hagan por su cuenta, los métodos naturales de los organismos genéticamente modificados de la empresa han sido alterados para producir alcanos, hidrocarburos para ser mezclados con combustible diesel.

Ellos han sido programados con un “interruptor de carbono” para que alteren su metabolismo con el fin que hagan más esfuerzos en la producción de combustibles. Joule tiene la visión de comenzar la producción de sus microbios en sus bio-reactores y, una vez alcancen cierta densidad de agua, los operadores agregarán los ingredientes para hacer que el metabolismo de los organismos empiece a producir los alcanos.

“Esencialmente se coopta el carbono que puede ser utilizado para algo más (hacer combustible) y haces que los organismos sientan que eso está bien”, afirmó Robertson. “Todo es muy controlado”.

En el laboratorio, los ingenieros recrean condiciones del mundo real para aislar diferentes cepas al ajustar el dióxido de carbono, la luz del sol y los niveles de nitrógeno. Por ejemplo, una maquina especializada permite a un ingeniero simular las condiciones de la luz del sol por un día completo, creando diferentes estaciones y temperaturas cambiantes.

Con cada prueba, los ingenieros se acercan más a la combinación óptima de genes para diferentes condiciones. Ya que los bio-reactores serán localizados en sitios diferentes, la compañía ha logrado establecer entre 10 y 20 cepas, después de construir más de 4.000 de estas, según Robertson.
Los biólogos invierten la mayor parte de su tiempo diseñando pruebas o aislando ADN en bases de datos de genes, en vez de realizar pruebas de laboratorio, indicó Robertson. “Ya que mucha secuenciación de genoma ha sido realizada, existe una inmensa base de datos disponible organizada por la química que tiene”, dijo. “hay muchas herramientas a nuestra disposición, así que podemos hacer pruebas rápidamente”.

Largos caminos adelante


Joule es solo una de las muchas compañías en la carrera hacia una mejor tecnología de biocombustibles. La agencia ARPA-E del Departamento de Energía de Estados Unidos está financiando muchos esfuerzos de investigación en “electro-combustibles”, para obtener combustibles directamente de la electricidad, luz solar y agua. Hay docenas de otras compañías que intentan enfoques completamente diferentes, tales como procesos termoquímicos.

Analistas en Lux Research afirman que la biología sintética es la tecnología más rápida compitiendo por el liderato. Joule tiene un gran potencial, pero aún tiene que probar que puede moverse de pequeña escala a operaciones a escala comercial, afirma Lux Research. Específicamente, carece de socios y requerirá muchísimo capital y tierra para alcanzar costos de paridad con los combustibles fósiles, indicó en un reporte reciente.

El próximo paso de la compañía es construir una planta de demostración de 4 hectáreas localizada en unas instalaciones industriales, tales como plantas de electricidad o de residuos de agua, la cual espera hacer a mitades de 2012. Luego planea comenzar la construcción de unas instalaciones mucho más grandes (400 hectáreas) a finales de 2012, que podrían tener la capacidad de hacer 30.000 galones de combustible por hectárea al año. Cuando esté completamente terminada, podría tener una producción anual de 15 millones de galones de combustible.

Las cianobacterias necesitan nutrientes, incluyendo nitrógeno y pequeñas cantidades de minerales para ser alimentadas en los bio-reactores. Para que la empresa sea comercialmente exitosa, sus bio-reactores necesitan ser modificados para tener costos de operación bajos y producción máxima. Lo siguiente está en los laboratorios, donde los ingenieros están diseñando el hardware actual para incrementar la producción de combustible, otro asunto clave parte del crecimiento potencial de la compañía.

Aunque los empleados de Joule ven claramente el poder de la ingeniería metabólica, son muy conscientes de la problemática de modificar organismos genéticamente, afirma Robertson. Sus bio-reactores estarán activos por seis a ocho semanas; luego la solución es descargada, los organismos quemados, los bio-reactores esterilizados y el combustible extraído, afirmó.

Aun con los impresionantes logros técnicos de Joule y sus tres patentes, tiene mucho camino que recorrer antes de hacer algo por reducir la dependencia fósil y la polución. Pero si las técnicas de biotecnología logran dar frutos, la cara de los combustibles en el futuro puede ser identificada con recipientes de plástico en vez de pozos de petróleo.

Silvio Sánchez

Soy la fundadora de TodoSalud.co, una estudiante de enfermería apasionada con la salud y la comunicación. Puedes seguirme en youtube, donde subo videos sobre maternidad; tambien en Instagram y Facebook :)