Reemplazar el petróleo en la fabricación de materiales como el plástico es una urgencia por la contaminación ambiental que genera su producción todos los días; por esta razón, un grupo de investigadores aprovechó el potencial de bacterias de suelos de cultivos como el tomate para producir un compuesto llamado 1,3-propanodiol (usado en la industria farmacéutica, cosmética, de plásticos, textil y de alfombras), y potenciaron su capacidad hasta en un 7 % gracias al envío de electricidad a estos microorganismos.
Las bacterias forman parte de la cadena de reciclaje en la
naturaleza; esto quiere decir que se alimentan de residuos que encuentran en el
suelo –como papa, tomate o arroz, entre otros alimentos– y pueden transformar
estos restos en sustancias útiles con mayor valor agregado para que los
productores de industrias –como la agrícola o de combustibles– más “naturales”
(biocombustibles) puedan tener mayores ingresos.
Según la Federación Nacional de Biocombustibles de Colombia,
en 2026 la demanda mundial de estos combustibles aumentará en un 28 %, lo
cual equivaldría a una producción de 41.000 millones de litros, y la meta para
2021 era reducir cerca de 3,2 millones de toneladas de dióxido de carbono.
Hoy los compuestos como el 1,3-propanodiol se obtienen a
partir de sustancias como el petróleo, pero parece haber una alternativa, que
tiene un protagonista muy abundante y que no representa altos costos para la
industria: el glicerol crudo, un compuesto que se genera en grandes cantidades
cuando se está produciendo biodiesel, un combustible menos contaminante y
sostenible; sin embargo este gran potencial no se aprovecha, y en cambio sus residuos
sí terminan representando un riesgo para el medioambiente al ser vertidos o
desechados.
Por lo anterior, el ingeniero químico Óscar Aragón Caycedo,
doctor en Biotecnología de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), evaluó
cómo las bacterias de la especie Clostridium butyricum podrían
utilizar el glicerol crudo para mejorar la producción de 1,3-propanodiol. Para
ello utilizó electricidad como una forma de enviarles señales y corriente
eléctrica a estos microorganismos, ya que se evidenció que cuando se enfrentan
a esta situación empiezan a producir el compuesto deseado, pues de no hacerlo
no pueden seguir creciendo.
Según el investigador, esto se da porque las bacterias
tienen una serie de rutas celulares en las que interactúan los electrones que se
envían desde la corriente eléctrica, y que, de no ser por el 1,3-propanodiol,
no podrían seguir con su funcionamiento normal, lo que quiere decir que es un
“salvavidas” de doble vía: tanto para las bacterias como para el medioambiente.
“Se encontró que esta cepa de Clostridium, que
de hecho está presente en suelos de cultivos agrícolas a lo largo del país,
puede mejorar esta producción hasta en un 7 %, lo que representaría un
incremento para la producción en una industria que se espera valga cerca de 600
millones de dólares en los próximos años”, asegura el doctor Aragón.
El primer paso fue simular computacionalmente el efecto que
tendría esta bacteria con la corriente eléctrica, que, como se dijo antes, es
un puente de comunicación para que el microorganismo se comporte de la manera
deseada. Esto se realizó gracias a modelos matemáticos que permitieron
identificar si había un efecto en las rutas celulares que hacen que se produzca
el 1,3-propanodiol.
Cómo explica el ingeniero Aragón, esta investigación involucró
el análisis de 13 cepas nativas aisladas de suelos colombianos, que han sido
estudiadas y caracterizadas por más de 15 años en el grupo de Bioprocesos y
Bioprospección con la dirección de la profesora Dolly Montoya Castaño, rectora
de la UNAL, y el profesor Gustavo Buitrago, fundadores del Instituto de
Biotecnología de la Universidad.
Los microorganismos se tienen almacenados y vienen de
distintas partes del país, lo cual también resulta promisorio y más sencillo
para la industria biotecnológica, pues son bacterias que están presentes en los
suelos de cada región del país.
A partir de los resultados de la simulación computacional se
dio paso a probar este análisis en cultivos de dos de las cepas nativas que al
parecer podían mejorar la producción.
“Se hicieron dos ensayos, uno en el que se ponía un reactor
con dos electrodos (conductores eléctricos) tanto positivo como negativo, para
ver cómo interactuaban en las bacterias; y por otro lado uno en el que se
separaban estos electrodos para ver específicamente cómo los electrones, que
son partículas con carga negativa, tenían un efecto en el microorganismo”,
indica el investigador.
El segundo ensayo permitió que los niveles de producción del
compuesto 1,3-propanodiol fueran mayores y más eficientes, y el experto asegura
que el porcentaje de incremento de rendimiento obtenido (7 %) alcanzaría
hasta un 10 o 12 % con mejoras en el diseño de los reactores y los
microorganismos en investigaciones futuras.
