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Biological Valorization of Methane Emissions

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Nuevas cepas de microbios consumidores de gases de efecto invernadero crean valiosos subproductos

Una iniciativa financiada con fondos europeos está contribuyendo a una sociedad más sostenible al emplear metano como sustrato para la producción sustancias químicas y materias primas con valor añadido.

Cambio climático y medio ambiente
Tecnologías industriales

El tratamiento de los desechos líquidos y sólidos es uno de los procesos responsables de la producción de metano, un gas de efecto invernadero que se libera actualmente a la atmósfera en grandes cantidades. Sin embargo, este gas puede actuar asimismo como materia prima para microorganismos llamados metanótrofos, lo que genera sustancias químicas útiles que transforman los desechos en recursos preciados al tiempo que contribuye a paliar el efecto invernadero. Algunos metanótrofos producen sustancias químicas valiosas de manera natural. Por ejemplo, las bacterias del género «Methylocystis» producen polidroxibutirato (PHB), un plástico biodegradable, mientras que la especie «Methylomicrobium alcaliphilum» produce ectoína, un valioso osmoprotector cuyo valor de mercado supera los 1 000 euros por kilogramo. Los osmoprotectores son pequeñas moléculas orgánicas con carga neutra y baja toxicidad a altas concentraciones que contribuyen a la supervivencia de los organismos en condiciones extremas de presión osmótica. El proyecto financiado con fondos europeos CH4BioVal se propone comprender y mejorar la capacidad de dos tipos de metanótrofos productores de PHB y ectoína. Esta investigación se ha llevado a cabo con el apoyo del programa Marie Skłodowska-Curie.

Un rendimiento mejorado

Para que los metanótrofos puedan utilizarse como plataformas económicamente sostenibles en el ámbito de la biotecnología industrial es necesario mejorar el rendimiento de estos organismos. Esto puede lograrse aumentando lla producción de compuestos valiosos que producen de manera natural sin más que desarrollar las herramientas genéticas y bioinformáticas necesarias para ampliar el restringido ámbito de productos que pueden producirse a partir del metano. Los metanótrofos aprovechan el metano como su única fuente de carbono y energía, y gozan de un enorme potencial como plataformas de ingeniería metabólica, donde se los modifica y convierte en «fábrica celulares». La iniciativa CH4BioVal ha permitido avanzar en este enfoque al generar modelos metabólicos a escala genómica (GEMM, por sus siglas en inglés). «Estos modelos matemáticos basados en el genoma metanótrofo permiten a los científicos comprender mejor su metabolismo y los productos que pueden producir a partir del metano», señala Sergio Bordel, becario de investigación del programa Marie Curie. Los investigadores se centraron en desarrollar GEMM que permitieran a los científicos predecir el comportamiento de las células bajo distintas condiciones. Esto les permitió asimismo predecir el resultado de manipulaciones genéticas tras la adición o supresión de nuevas enzimas y, por ende, las reacciones metabólicas que estas enzimas catalizan. «Hemos desarrollado y validado los primeros GEMM para metanótrofos de tipo II. La disponibilidad de estos GEMM nos permitirá producir sustancias químicas a partir del metano mediante el uso de procesos biológicos», explica Bordel.

Resultados predecibles

CH4BioVal empleó los GEMM como plataformas de ingeniería metabólica. «Esta manipulación genética destinada a obtener cepas que generen productos de gran valor a partir del metano dará lugar a una nueva bioeconomía derivada de los gases de efecto invernadero, con los beneficios medioambientales y económicos que esto supone para Europa», apunta Bordel. Además, los científicos que trabajan con metanótrofos podrán beneficiarse de CH4BioVal gracias a una comprensión mejorada del metabolismo de estos organismos, al igual que las empresas dedicadas a la gestión de residuos, que contarán con una nueva fuente de valor comercial. El medio ambiente se beneficiará de esta reducción de las emisiones de metano a la atmósfera. Asimismo, el proyecto creará una nueva plataforma destinada a producir sustancias químicas a partir de una fuente renovable. Por tanto, la sociedad en su conjunto se beneficiará de manera significativa. «Ahora podemos usar el metano de maneras mucho más rentables que su mera combustión para obtener energía... ¡así que dejemos de quemar dinero!», concluye Bordel.

Palabras clave

CH4BioVal, metano, metanótrofo, gas de efecto invernadero, PHB, ectoína, osmoprotector, ingeniería metabólica, polidroxibutirato, modelo metabólico a escala genómica

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