‘Como es que reemplazas el corazón de un mosquito con el de un elefante.’
Stijn Schreven
¿Tu hamburguesa o batido de proteína se hará con CO 2 en el futuro? Sí, si depende del microbiólogo Nico Claassens. Su grupo está trabajando en el desarrollo de bacterias que conviertan el CO 2 en nutrientes como el azúcar. ‘La operación es comparable a reemplazar el corazón de un mosquito por el de un elefante’.
La idea de almacenar dióxido de carbono en biomasa no es nueva. Hace unos tres mil millones de años, las cianobacterias (o algas verdeazuladas) estaban muy por delante de nosotros en el uso del gas como fuente de carbono, con la ayuda de la luz solar, y así nació la fotosíntesis. Un pariente de las cianobacterias luego ingresó a las células vegetales, donde, como clorofila, hace el mismo trabajo. En el lecho oceánico volcánico, las bacterias prehistóricas también hacen esto, no con la luz solar sino con la energía del hidrógeno, por ejemplo.
Lo que es nuevo aquí es que el profesor asistente Nico Claassens (Microbiología) y su grupo quieren intentar superar a la naturaleza. Están construyendo un sustituto más rápido y eficiente para el ciclo de Calvin, la cadena de reacción esencial para unir el CO 2 . El ciclo de Calvin convierte el CO 2 en azúcares y aminoácidos, por ejemplo. Es la ruta de unión de carbono más común en bacterias y plantas, pero es lenta e ineficiente. La principal enzima del ciclo, la rubisco, se ‘inventó’ cuando apenas había oxígeno en la Tierra. Ahora bien, el aire se compone de alrededor de un 21 por ciento de oxígeno y eso causa un problema en la enzima. No solo se une al CO 2 sino también al oxígeno, perdiendo parte del CO 2 unido en el proceso.
Por lo tanto, Claassens y sus colegas están buscando una alternativa. Están haciendo uso de enzimas existentes, que en teoría pueden formar un mejor ciclo entre ellos. ‘En la naturaleza, hay alrededor de 5000 reacciones, enzimas, y seleccionamos un par de ellas para el nuevo ciclo.’
Operación de corazón
Este año, el grupo de Claassens y Sarah D’Adamo (Ingeniería de bioprocesos) comenzaron a construir un ciclo sintético, comenzando con la bacteria Escherichia coli . “Tenemos las mejores herramientas para esa bacteria”, explica Claassens. Tenemos muchos cambios que hacer. La operación es comparable a ‘reemplazar el corazón de un mosquito con el corazón de un elefante’, dice Claassens. “Ambos son corazones, pero el sistema que los rodea funciona de maneras muy diferentes. E.coli ni siquiera tiene un ciclo de Calvin y no crece naturalmente con CO 2 pero tiene un metabolismo totalmente diferente. El corazón de E.colies el proceso glicolítico, que utiliza los azúcares como nutrientes y los convierte mediante reacciones en todas las sustancias que necesita la célula. Aparte de reemplazar el corazón, también tienes que cambiar todos los puntos de conexión.’
Un ciclo completo de unión de CO 2 involucra de 10 a 15 enzimas, pero los investigadores las están probando en etapas usando ‘módulos’ de tres a cuatro enzimas a la vez. Desactivan las enzimas que son nativas de E.coliy coloque el módulo en él para llenar los huecos. Luego observan para ver si la bacteria crece. Eso es lo que fascina a Claassens sobre el trabajo de laboratorio: ‘La creatividad de diseñar una pequeña parte de la vida. Construirlo poco a poco, eso es asombroso.’ Aunque la investigación se basa en la idea de superar la evolución, irónicamente Claassens necesita evolución de vez en cuando durante el proceso. ‘El módulo que estamos insertando no es perfecto y podría no funcionar bien. A veces necesitamos la evolución de las bacterias en nuestro experimento para llegar a módulos que funcionen de manera eficiente.’ No todas las bacterias lograrán sobrevivir y crecer después del ‘trasplante de corazón’, pero una pequeña cantidad de mutantes probablemente lo lograrán. Se multiplican y eventualmente llegan a dominar. Eso es evolución en la práctica.
CO2 comestible
Claassens espera tener un ciclo sintético funcional en E.coli dentro de dos o tres años. Hay aplicaciones prometedoras para esto. Puede utilizar el dióxido de carbono de la biomasa bacteriana para producir combustible verde o proteínas y otros nutrientes. Esto incluso podría hacerse independientemente de la agricultura si alimentamos a las bacterias con una fuente de energía química como el hidrógeno de la electricidad. En diciembre, Claassens ganó una subvención del Fondo de Innovación para la transición de proteínas con el proyecto Microbes4Food, en colaboración con Julia Keppler (Ingeniería de Procesos Alimentarios) y Laurice Pouvreau (Wageningen Food & Biobased Research). Claassens cría las bacterias y Keppler y Pouvreau estudian las características de las proteínas de ellas.
Las técnicas para escalar están listas. En las décadas de 1970 y 1980, la Unión Soviética en particular hizo uso de microorganismos (levaduras en este caso) para producir alimentos para peces a partir del petróleo a gran escala. Mientras que la economía era el principal impulsor en ese entonces (el petróleo era barato), ahora hay un interés renovado por razones de sostenibilidad, con el hidrógeno como fuente de energía. Varias empresas, como la finlandesa SolarFoods, ya están criando bacterias en grandes reactores con miras a convertir el dióxido de carbono en alimentos. Claassens está un paso por delante de las empresas existentes en el sentido de que su grupo busca mejorar las características de las bacterias como alimento mediante amplias adaptaciones genéticas.
¿Pero es la naturaleza más inteligente?
El trabajo de Claassens en biología sintética es pionero, lo que significa que también puede fallar. ‘Tal vez descubramos que nuestro ciclo no funciona y que hay más que una cadena de enzimas. Tal vez el ciclo de Calvin aún funcione mejor que nuestros diseños teóricos, y aún no nos damos cuenta de eso. Ese podría ser el resultado de nuestra investigación. Pero si funciona, Claassens sueña con aplicaciones que puedan contribuir a un mundo sostenible.
