Una máquina verde: cómo podría la biología sintética fabricar una hoja mejor
La síntesis de la vitamina B12 en 1972 constituyó un esfuerzo épico y requirió que más de una centena de investigadores trabajasen durante doce años. La solución no fue práctica en absoluto, pues requería 72 pasos químicos y ofrecía un rendimiento del 0,01 %, pero construir una molécula tan compleja desde cero supuso un enorme avance para la síntesis orgánica. Tobias Erb, coordinador del proyecto financiado con fondos europeos SYBORG, compara esa hazaña con su propia investigación, consistente en rediseñar la fotosíntesis a partir de unos principios básicos. «La idea es utilizar la biología sintética para replantear la fijación del CO2», explica el profesor de Bioquímica y Metabolismo Sintético en el Instituto Max Planck de Microbiología Terrestre. «La fijación del CO2 es esencial para la biología, pues es el proceso mediante el cual se forma toda la materia viva y, al mismo tiempo, es de suma importancia para que el ser humano cree un mundo sostenible». En los organismos vivos, prácticamente toda la fijación de carbono la llevan a cabo las plantas a través de la fotosíntesis. Al rediseñar el proceso desde cero, Erb y sus compañeros esperan construir una versión más rápida y eficiente que las seis vías naturales existentes que han evolucionado a lo largo de los últimos miles de millones de años.
Reacción oscura
El enfoque de Erb radica en elaborar la red metabólica basándose en la química pura, eliminando cualquier condición biológica. Esto tiene una ventaja respecto a la evolución, que debe equilibrar la optimización de la fotosíntesis con otros factores, como superar la disponibilidad limitada de recursos o resistir a la sequía y las enfermedades. El equipo de Erb también tenía la ventaja de ser capaz de combinar enzimas, principalmente de bacterias, que estadísticamente es poco probable que coincidan de forma natural. «La naturaleza optimiza lo que haya encontrado y no explora nuevas soluciones», añade. Una de esas soluciones es el ciclo CETCH, desarrollado por Erb y su equipo durante el proyecto SYBORG. Se trata de una alternativa sintética a la «reacción oscura», la fase de la fotosíntesis que no requiere luz. Para su elaboración fue necesario identificar y obtener diecisiete enzimas diferentes que pudieran funcionar juntas. En particular, este nuevo ciclo prescinde de RuBisCO, una enzima fundamental para la fotosíntesis, pero notoriamente lenta y caótica. Se sustituyó por enoil-CoA carboxilasa/reductasas (ECR, por sus siglas en inglés), entre diez y veinte veces más rápidas.
Listo para usar
Erb y su equipo ahora están trabajando en incorporar su ciclo CETCH en una célula viva, un proceso que compara con «hacer funcionar un programa informático nuevo en un equipo ya existente». Una alternativa más sencilla es colocarlo en cloroplastos sintéticos. «No tengo la menor idea de cuál es mejor, veo ventajas y desventajas en ambas», explica Erb. La biología sintética a menudo se compara con un enfoque de ingeniería que utiliza sistemas vivos como piezas mecánicas, pero Erb afirma que no es tan sencillo. «En biología, las piezas no son perfectas, cometen errores y hay efectos secundarios; la biología consiste en incorporar las redundancias», señala. «Lo que debemos hacer es aprender a diseñar, construir y utilizar un sistema sólido nuevo para la naturaleza». El proyecto contó con el apoyo del Consejo Europeo de Investigación (CEI). Se complementó con los proyectos FutureAgriculture y GAIN4CROPS, que se propusieron aplicar la investigación a la agricultura. «El punto fuerte del CEI es que te empuja a pensar de forma progresiva, a asumir riesgos y a investigar interesantes temas nuevos, iniciativas nuevas, que hacen avanzar la ciencia», afirma Erb. «Hemos comprobado que se pueden construir sistemas nuevos para la naturaleza en tres o cuatro años, capaces de competir con sistemas que llevan miles de millones de años evolucionando».
Palabras clave
SYBORG, fotosíntesis, sintético, CETCH, ciclo, enzima, ruta, metabólico, fijación de carbono, cloroplasto
