Sistemas de ingeniería metabólica transforman a microbios en fábricas

A diferencia de los combustibles fósiles, productos químicos elaborados a partir de microorganismos son renovables indefinidamente y emiten relativamente pocos gases de efecto invernadero

Nota del editor: Este artículo forma parte de un informe especial sobre Las 10 principales tecnologías emergentes de 2016 producido por el Foro Económico Mundial. La lista, compilada por el Meta-Consejo de Tecnologías Emergentes del Foro, destaca los avances tecnológicos que sus miembros, incluyendo la Editora Jefa de Scientific American Mariette DiChristina, creen tienen el poder de mejorar vidas, transformar las industrias y salvaguardar el planeta. También proporciona una oportunidad para debatir cualesquiera que sean los riesgos y preocupaciones humanos, sociales, económicos o ambientales que las tecnologías pueden plantear antes de la adopción generalizada. 

Rastree los productos que compramos y utilizamos todos los días –desde plásticos y tejidos,  hasta cosméticos y combustibles –de vuelta a sus orígenes, y encontrará que la gran mayoría se realizaron usando material desde las profundidades. Las fábricas que producen los productos de la vida moderna lo hacen, por lo general, a partir de productos químicos de diversa índole. Y esos productos químicos provienen de las plantas alimentadas principalmente por los combustibles fósiles que transforman materiales de alimentación –también, sobre todo petroquímicos– en otros compuestos innumerables.

Sería mucho mejor para el clima, y, posiblemente, mejor para la economía mundial, hacer muchos de los insumos químicos para la industria  a partir de organismos vivos en lugar de a partir del petróleo, gas y carbón. Ya utilizamos productos agrícolas de esta manera, por supuesto –usamos ropa de algodón y vivimos en casas de madera–, pero las plantas no son la única fuente de ingredientes. Los microbios podría decirse que ofrecen aún más potencial, a largo plazo, para hacer materiales de bajo costo en la increíble variedad de propiedades que ahora damos por sentado. En lugar de excavar las materias primas de la vida moderna de la tierra, podríamos confeccionarlas en biorreactores gigantes llenos de microorganismos vivos.

Para que la producción biológica de productos químicos despegue, tiene que competir con la producción química convencional tanto en precio y como en rendimiento. Este objetivo ahora parece estar al alcance, gracias a los avances en los sistemas de ingeniería metabólica, una disciplina que ajusta la bioquímica de los microbios para que más de su energía y recursos se utilicen en la síntesis de productos químicos útiles.

A veces, los ajustes implican el cambio de la composición genética del organismo, y a veces se trata de una más compleja ingeniería del metabolismo microbiano y las condiciones de este como sistema.

Con los recientes avances de la biología sintética, la biología de sistemas, y la ingeniería evolutiva, los ingenieros metabólicos son ahora capaces de crear sistemas biológicos que fabrican productos químicos que son difíciles de producir por medios convencionales (y caro). En una demostración con éxito reciente, los microbios fueron adaptados para hacer PLGA [poli (lactato-co-glicolato)], un polímero implantable y biodegradable utilizado en suturas quirúrgicas, implantes y prótesis, así como en los materiales de suministro de fármacos para el cáncer y las infecciones.

La ingeniería de sistemas metabólicos también se ha utilizado para crear cepas de levadura que hacen opioides para el tratamiento del dolor. Estos fármacos son ampliamente necesarios en el mundo, y en particular en el mundo en desarrollo, donde el dolor se trata de manera insuficiente.

La gama de productos químicos que se pueden hacer usando ingeniería metabólica se está ampliando cada año. A pesar de que es probable que  la técnica no sea capaz de replicar todos los productos que actualmente son elaborados a partir de productos petroquímicos, es probable que entregue nuevos productos químicos que no se podrían a partir de combustibles fósiles, en particular, compuestos orgánicos y complejos que en la actualidad son muy caros porque deben ser extraídos a partir de plantas o animales que los hacen solo en pequeñas cantidades.

A diferencia de los combustibles fósiles, los productos químicos elaborados a partir de microbios son renovables indefinidamente y emiten relativamente pocos gases de efecto invernadero, de hecho, algunos de ellos podrían, potencialmente, incluso servir para invertir el flujo del carbono de la Tierra a la atmósfera mediante la absorción de dióxido de carbono o metano y su incorporación en productos que son finalmente enterrados como desechos sólidos.

Mientras la producción bioquímica escala hasta el uso industrial, será importante evitar tanto competir por el uso de la tierra para la producción de alimentos para y también la liberación accidental de microorganismos modificados en el medio ambiente. Aunque estos microbios de alta ingeniería probablemente estén en una gran desventaja en la naturaleza, lo mejor es mantenerlos a salvo en sus tanques, trabajando felizmente en hacer cosas útiles para el beneficio de la humanidad y el medio ambiente.