14.12.2022 - Angewandte Chemie

Captura simbiótica de CO₂

Una comunidad microbiana de bioingeniería colabora para almacenar carbono

La fotosíntesis es un valioso sistema natural de captura de dióxido de carbono. Sin embargo, la simple formación de biomasa no aprovecha plenamente este sistema. Un equipo de investigadores chinos, cuyo estudio se publica en la revista Angewandte Chemie, ha creado genéticamente una comunidad microbiana que podría servir como sumidero de carbono vivo. En esta comunidad, el dióxido de carbono se convierte primero en azúcar mediante fotosíntesis, y luego el azúcar se transforma en sustancias químicas útiles.

En biotecnología se utilizan diversas cepas bacterianas para producir sustancias químicas específicas. Por ejemplo, algunas cepas modificadas genéticamente producen ácido láctico, que a su vez se utiliza para producir el plástico biodegradable ácido poliláctico (PLA). Otras cepas se utilizan para enriquecer precursores de biocombustibles o productos farmacéuticos. Sin embargo, como las bacterias necesitan energía y nutrientes, la producción bacteriana de sustancias químicas suele ser ineficaz.

En cambio, los organismos fotótrofos producen azúcar de forma natural a partir de dióxido de carbono, agua y luz solar. En una comunidad simbiótica, por tanto, las bacterias productoras de sustancias químicas podrían teóricamente utilizar este azúcar como alimento, convirtiéndose así en un potencial sumidero de carbono y produciendo simultáneamente sustancias químicas útiles. Sin embargo, muchos organismos fotoautótrofos producen sacarosa como azúcar almacenado, precisamente el azúcar que las bacterias de bioingeniería se esfuerzan por consumir y utilizar.

Teniendo esto en cuenta, el grupo de investigación de Jun Ni, de la Universidad Jiao Tong de Shanghai (China), llevó a cabo una búsqueda sistemática de cepas bacterianas candidatas que pudieran ser objeto de bioingeniería pero que también pudieran crecer de forma natural con sacarosa. Encontraron lo que buscaban en una bacteria marina conocida como Vibrio natriegens: "Afortunadamente, V. natriegens alberga de forma natural la vía completa de transporte y metabolismo de la sacarosa", revelan los autores. Además, V . natriegens puede manipularse genéticamente y tolera el estrés salino. Esto es importante porque la sal estimula a las cianobacterias fotosintéticas a producir sacarosa, creando así procesos que se refuerzan mutuamente.

A continuación, el equipo de investigación utilizó estos conocimientos para producir un sistema modular integrado para el secuestro deCO2 a partir de V. natriegens y la conocida cianobacteria Synechococcus elongatus. Mejoraron la producción de azúcar en la cianobacteria mediante ingeniería genética, además de añadir genes a la V . natriegens, lo que aumentó la captación de azúcar y su conversión en sustancias químicas. En un proceso inesperadamente eficaz, el equipo observó que las cianobacterias podían empaquetar los nutrientes en vesículas que luego excretaban. Las bacterias marinas podían entonces ingerir fácilmente estas vesículas.

El equipo produjo cuatro variantes de V. natriegens para producir ácido láctico, butanodiol para la síntesis de biocombustibles, o cumarina y melanina como precursores de productos químicos y farmacéuticos. Las bacterias, en simbiosis con las cianobacterias, producían las sustancias químicas con un balance negativo de carbono. "Este sistema podría absorber más de 20 toneladas de dióxido de carbono por tonelada de producto", informa el equipo. Los autores consideran que sus resultados demuestran que las comunidades microbianas simbióticas pueden utilizarse como eficaces sumideros de carbono.

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