¿Árboles modificados genéticamente? Por qué pueden ser una solución ecológica para la producción de químicos

Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte realizaron un descubrimiento que puede modificar el futuro de la producción de químicos industriales sostenibles, mediante el uso de árboles de álamo y tecnologías de edición genética.

El estudio, publicado recientemente en la revista Science Advances, proporciona un avance importante hacia la creación de productos químicos industriales más sostenibles a partir de árboles genéticamente modificados. Este desarrollo muestra que un menor contenido de metoxi en la lignina aumenta su degradabilidad microbiana, lo que podría permitir la producción de productos químicos sin recurrir al petróleo.

Aunque la lignina fue una barrera en la transformación de la biomasa en productos industriales debido a su resistencia a la descomposición, ahora los científicos han identificado que el contenido de metoxi en esta sustancia es un factor determinante para la eficiencia de la fermentación microbiana que permite convertir la biomasa en productos químicos útiles.

El equipo de Robert Kelly, director del Programa de Biotecnología de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y profesor de Alcoa en el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular, y Jack Wang, director del Programa de Biotecnología Forestal en la Facultad de Recursos Naturales de la misma universidad, llevan más de una década trabajando en este campo.

Para el estudio utilizaron álamos modificados genéticamente, y los investigadores encontraron que, si bien los árboles con bajo contenido de lignina son mejores para la producción de papel, son aquellos con un contenido bajo de metoxi los más eficientes para la degradación microbiana y la transformación de la madera en químicos, como acetona e hidrógeno. Este proceso tiene ventajas frente a los métodos tradicionales basados en combustibles fósiles, ya que requiere menos energía y tiene un menor impacto ambiental.

¿Por qué álamos? Según explicaron los científicos, crecen rápido, requieren un uso mínimo de pesticidas y se desarrollan en tierras marginales en las que es difícil cultivar alimentos.

Anteriormente, el grupo de Kelly había demostrado que algunas bacterias termófilas extremas podían descomponer la celulosa de los árboles, pero no en una medida suficiente para ser económicamente viables.

Esto cambió cuando comenzaron a modificar genéticamente los álamos con tecnología CRISPR, reduciendo su contenido de lignina y, más recientemente, su contenido de metoxi, lo que facilitó la acción de las bacterias y permitió obtener productos químicos con mayor eficiencia.

Como explicó Ryan Bing, exalumno de doctorado del grupo de Kelly, “se puede aprovechar la capacidad de ciertas bacterias termófilas de las fuentes termales en lugares como el Parque Nacional de Yellowstone para comer la materia vegetal y convertirla en productos de interés. Sin embargo, estas bacterias tienen distintos apetitos por distintos tipos de plantas”.

Las bacterias termófilas utilizadas en este proceso, como la Anaerocellum bescii, muestran una preferencia por ciertas composiciones de plantas, y la investigación reveló que la reducción del contenido de metoxi hace que la celulosa sea más accesible para estas bacterias.

Esto resuelve el misterio de por qué la mera reducción de lignina no era suficiente para mejorar la degradación microbiana: la estructura química de la lignina, específicamente su contenido de metoxi, es un factor crítico. “Un bajo contenido de metoxi probablemente hace que la celulosa esté más disponible para las bacterias”, dijo Bing.

En el estudio, los investigadores destacan que la modificación genética de los árboles no solo les permite ser una fuente viable para la producción de químicos industriales, sino que también reduce significativamente la necesidad de tratamientos previos, lo que a su vez reduce los costos y el impacto ambiental del proceso.

En lugar de utilizar enzimas y productos químicos para descomponer la biomasa vegetal, este enfoque utiliza microorganismos que no solo descomponen la celulosa, sino que también la fermentan en un solo paso para obtener productos como etanol, lo que hace el proceso más eficiente.

El éxito de esta investigación podría transformar la forma en que se producen muchos productos químicos industriales, al ofrecer una alternativa más barata y ecológica frente a los derivados del petróleo. Además, si los álamos modificados genéticamente con bajo contenido de metoxi y lignina demuestran ser viables en pruebas de campo, podrían convertirse en una fuente clave para satisfacer la demanda mundial de químicos industriales sostenibles y la contribución a la mitigación del cambio climático.

Jack Wang y su equipo ya han comenzado ensayos de campo con álamos modificados genéticamente para comprobar su resistencia y viabilidad fuera del invernadero. Si los resultados son positivos, estos podrían ofrecer una solución rentable y sostenible para la fabricación de productos químicos a escala industrial, con reducción del uso de petróleo y ayudando a mitigar el cambio climático.

El estudio destaca, además, el potencial de las bacterias termófilas como herramientas para la industria química, ya que crecen a temperaturas elevadas, lo que elimina la necesidad de trabajar en condiciones estériles, lo que generalmente es necesario para evitar la contaminación en procesos industriales.

Finalmente, Daniel Sulis, coautor del estudio, señaló que el impacto ambiental de este descubrimiento es significativo, ya que ofrece una solución para reducir las emisiones de carbono y avanzar hacia una economía más verde y sostenible.

En palabras de Sulis, “los desastres ambientales alimentados por el cambio climático subrayan la urgencia de encontrar alternativas a los combustibles fósiles, y los árboles, como recurso natural abundante, podrían ser una solución prometedora para satisfacer las necesidades de productos químicos de la sociedad mientras protegemos el planeta”.