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Hallazgo útil en la producción de biocombustibles y bioplásticos

Se basa en un método biotecnológico para generar etanol

15-12-2017

Por María Luisa Santillán, Ciencia UNAM, DGDC

En la actualidad, los combustibles y los plásticos son productos ampliamente utilizados; ambos son mayormente producidos a base de petróleo, carbón o gas natural. Aunque los combustibles fósiles han sido usados tradicionalmente en diversas áreas de nuestra vida, son conocidas las graves consecuencias que generan en el medio ambiente, pues contribuyen al cambio climático, además de que no son renovables.

Con base en estos antecedentes, el Laboratorio de Ingeniería Metabólica y Biología Sintética del Instituto de Biotecnología de la UNAM desarrolló una línea de investigación para generar productos que puedan sustituir a los combustibles y los plásticos que comúnmente usamos, es decir, trabaja en la generación de biocombustibles y bioplásticos biodegradables.

  • La cantidad de combustible que usamos en México equivale al agua que utilizamos para beber. Es decir, en promedio en México per cápita consumimos un litro de gasolina por día, por persona.

Con el fin de utilizar materia prima abundante y de bajo costo, y que además no genere impactos negativos en el ambiente, los investigadores trabajan con biomasa, por ejemplo, rastrojo de maíz, bagazo de agave, bagazo de caña, cascarilla de arroz o los residuos que quedan de la cosecha del sorgo y la cebada.

“Es decir, materiales que primero fueron producidos como plantas y que contienen compuestos que ya no estamos utilizando, son un desperdicio o constituyen un problema de contaminación, pero que tienen, por su estructura, polímeros que son de interés para la producción de biocombustible o bioplásticos”, puntualizó el doctor Alfredo Martínez Jiménez, del Instituto de Biotecnología.

Biomasa útil para generar etanol y ácido láctico

Este residuo agroindustrial es conocido como lignocelulosa y contiene en su composición dos polímeros principales: la celulosa y la hemicelulosa. La primera es un polímero de la glucosa que sirve para obtener energía, también se utiliza para alimentar a los microorganismos y hace posible obtener productos por métodos biotecnológicos.

La hemicelulosa contiene un azúcar polimerizado conocido como xilosa cuya estructura está compuesta por cinco carbonos. Al encontrarse la xilosa en la lignocelulosa se convierte en el segundo azúcar más abundante en la naturaleza después de la glucosa. Sin embargo, los microorganismos que se utilizan generalmente para fermentar y producir productos útiles para la humanidad no utilizan este azúcar, sino la glucosa.

“En nuestro laboratorio nos enfocamos a desarrollar bacterias que puedan utilizar bien este azúcar de cinco carbonos, la xilosa, y la conviertan en etanol y en ácido láctico”, puntualizó el investigador.

Ambos compuestos, señaló, son de gran utilidad para la humanidad y en un futuro se espera que sean ampliamente usados. El etanol, por ejemplo, puede ser utilizado como biocombustible. De hecho, desde hace unos años existe una planta de producción de etanol en Veracruz que genera este producto a partir de la caña de azúcar.

Por su parte, el ácido láctico también puede ser producido a partir de estos desechos agroindustriales y al polimerizarlo pueden generarse plásticos como el PET (politereftalato de etileno), que sean equivalentes en cuanto a resistencia, consistencia, color, mecánica y térmica.

La diferencia del bioplástico con el PET es que el primero, si se coloca en una composta, podrá degradarse y no representar un problema para el medio ambiente, porque es biodegradable y renovable.

Obtienen patente

Con todas estas premisas fue que el grupo de investigación dirigido por el doctor Alfredo Martínez Jiménez desarrolló microorganismos que utilicen de forma eficiente este azúcar, es decir, la xilosa para producir etanol o ácido láctico.

El investigador explicó que en su laboratorio trabajan desde hace varios años con la bacteria Escherichia coli, la cual tiene más de 2 mil reacciones bioquímicas que le sirven para sobrevivir, reproducirse y mantenerse viva.

Asimismo, los investigadores sabían que la bacteria E. coli consume de manera natural glucosa y xilosa, sin embargo buscaban hacerla más eficiente, es decir, que la consuma más rápido y que la canalice hacia el producto que les interesaba trabajar.

“En este contexto, como parte del proyecto de doctorado del ex estudiante del laboratorio José Utrilla y apoyados por metodologías de ingeniería genética y evolución de este microorganismo, nosotros descubrimos que había un transportador que antes no estaba reportado para este azúcar”, puntualizó.

  • Un transportador de azúcar es una proteína que permite, del medio de cultivo, internalizar azúcares hacia dentro de la célula y utilizarlo en esta.

Explicó que, aunque esto ya ocurre de alguna manera con otras proteínas en E.coli, su aportación consistió en que descubrieron la existencia de otros transportadores, entre ellos, la proteína GatC, la cual no estaba reportada para esta función, además de que tiene la función de transportar la xilosa.

“Adicionalmente, por un proceso de evolución en condiciones en que queríamos mejorar el consumo de este azúcar, de la xilosa, y también que se mejorara la producción de ácido láctico y etanol, encontramos que se generaron algunas mutantes en esta proteína, la GatC, y con esto logramos que la velocidad de consumo de la xilosa fuese mayor y por lo tanto también se favoreciera la producción de ácido láctico y de etanol con mayores rendimientos y a una mayor velocidad”, dijo.


La patente consistió en el descubrimiento de este transportador de xilosa, que no era obvio y que es novedoso y que es de utilidad en dos partes fundamentales de su proyecto: transportar de una manera más rápida la xilosa, internalizándola a la célula con mayor rapidez y hacer más eficiente la producción de los productos como el etanol y el ácido láctico.

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