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En Cierta Ciencia, de la mano de la genetista Josefina Cano nos acercamos, cada quince días, al trabajo de muchos investigadores que están poniendo todo su empeño en desenredar la madeja de esa complejidad que nos ha convertido en los únicos animales que pueden y deben manejar a la naturaleza para beneficio mutuo. Hablamos de historias de la biología.

Una sociedad para ser sostenible necesita de la ciencia.

Biología sintética - Cierta Ciencia podcast - CienciaEs.com

Se habla muchísimo por estos días de la imperiosa necesidad de construir una sociedad sostenible, que use energía renovable y disminuya los daños al medio ambiente. Sin embargo, la realidad es que los niveles de CO2 siguen subiendo cada año (36 mil millones de toneladas por allá en 2014), con el grueso de ello por el uso de combustibles sólidos y líquidos.

Las soluciones venidas de la ciencia y la economía que se han propuesto durante décadas, han tenido un éxito más bien pequeño. Pero es que los problemas del siglo XXI requieren soluciones drásticas, pero el mundo de los negocios —quien más aporta a las emisiones de carbón— no está particularmente interesado en promover la sostenibilidad a costillas de disminuir sus ganancias a corto plazo.

Por fortuna la biología sintética, esa parte de la biología que usa la ingeniería genética para cambiarles el destino a los microorganismos y producir células funcionales para otros propósitos, ofrece un medio para manufacturar bienes que reducen los costos mientras producen materiales, combustibles y químicos que son mucho mejores que los del mercado. La biología sintética podrá ser la siguiente revolución industrial.

En el año 2000 se anunció el primer circuito genético que trabajaba en células vivas. Había sido construido basado en circuitos eléctricos y consistía en un sistema funcional, venido de ADN sintético, programado para que la célula realizara funciones predeterminadas, no encontradas en la naturaleza.

Un grupo de físicos, bioingenieros y biólogos moleculares, hábiles ellos, de manera rápida se adhirió a la nueva disciplina, con el ímpetu de programar células con funciones desconocidas aún. En los años que siguieron, las células sometidas a la bioingeniería estaban procesando y registrando información, realizando tareas complejas y convirtiendo materiales baratos en compuestos valiosos y en medicamentos.

En abril de 2019 el campo de la biología sintética se ganó la portada de la revista The Economist. Aunque la biología sintética ha andado un largo camino en las dos últimas décadas, su gran prueba, la manufactura a gran escala de insumos, alimentos y combustibles para una economía sostenible, tan solo se está iniciando.

Alimentando organismos rentables

Los microbios han sido usados por los humanos durante miles de años. Darles a las bacterias y a las levaduras azúcar ha llevado a que produzcan alimentos deliciosos como el pan, el vino, la cerveza, los quesos.

Pero los biólogos sintéticos (ellos no, su trabajo), están ahora redirigiendo las vías metabólicas de estos organismos para que se alimenten de los residuos del carbono, dióxido y metano, en lugar de azúcar. Cambiando su fuente de alimento, esas células resultarán en un amplio repertorio de productos, con menos desperdicios y con costos más bajos por supuesto.

Muchas ciudades industriales, principalmente en Asia, están usando la basura de las fábricas en forma de dióxido de carbono y metano, como fuentes de fabricación de productos comerciales: bioplásticos el principal. Los microbios que producen nitrógeno se están usando para fabricar fertilizantes sintéticos para reducir nuestra dependencia del amoníaco, que necesita una enorme cantidad de energía y encima deja mucha basura.

La biología sintética en resumen y en la medida que nos apliquemos a implementarla a nivel industrial, producirá células que fabricarán alimentos de alto valor nutritivo, ayudará a reciclar las emisiones de carbono de manera eficiente y suplirán las necesidades de combustibles de una manera sostenible.

A bordo de la Estación Espacial internacional, que orbita la tierra, semillas que han sido sometidas a la bioingeniería están volviéndose plantas que pronto fabricarán proteínas específicas, incluyendo anticuerpos para los virus, a pedido. La NASA está explorando la biología sintética para convertir el dióxido de carbono en materiales orgánicos invaluables en Marte y en el espacio lejano, dado que el crudo y otras fuentes de carbón no están a la mano. Otros científicos exploran la manera de mejorar los organismos sintéticos para que produzcan alimentos en el espacio o incluso transformen la atmósfera de Marte volviéndola parecida a la de la tierra.

Todo esto que se ve como un sueño inalcanzable, ya se está materializando en las compañías que incorporan la biología sintética en sus negocios y que cada vez son más pues la ven como una herramienta muy útil para mejorar sus productos mientras reducen costos y residuos.

LanzaTech es una compañía de biología sintética que está usando los residuos del carbono para convertirlos en combustibles para el transporte. Abrrieron su primera planta industrial en las afueras de Beijing en el 2018, que ahora recoge las emisiones de una fábrica de acero y genera más de 16 millones de galones de etanol por año. Pronto la compañía se ampliará, y se contempla que podrá reducir emisiones comparables a sacar de circulación cientos de miles de automóviles cada año.

La gigante DuPont se mueve también, ella a mitigar los miles de problemas en la producción de ciertos químicos. Usa la biología sintética en programas de investigación para reducir el desperdicio de alimentos, producir combustibles renovables y manufacturar biomateriales.

Pivot Bio, anunció su éxito desarrollando un micro organismo que produce nitrógeno, un buen reemplazo para los fertilizantes sintéticos, algo que redundará en que la industria agrícola se aleje de ellos y aumente la producción.

A partir de fuentes rudimentarias de carbón, otras compañías tienen sus ojos puestos en producir materiales de alto rendimiento. Es el caso de Spiber, una compañía japonesa que produce sedas sintéticas, espumas y diversos tipos de membranas. Con la biología sintética la compañía puede modificar las fibras naturales de la seda y diseñar nuevas funciones en cosa de días. La seda natural se contrae en el agua, pero las versiones alteradas la repelen, volviéndolas apetecibles para fabricar por ejemplo ropa para los esquiadores de alto rendimiento.

En todos estos ejemplos la naturaleza es la proveedora y los científicos tan solo tendrán los límites que la imaginación no deje volar. O las imposiciones venidas de posibles peligros, de manipular mediante la ingeniería genética organismos para cambiarles su destino biológico. El miedo a intervenir micro organismos para convertirlos en fábricas vivas de alimentos, de medicamentos, de incluso materiales que aún desconocemos, usando además residuos nocivos que de forma inevitable se seguirán produciendo, no puede sobrepasar los enormes beneficios de la biología sintética.

Referencias:

Luo X., et al. Complete biosynthesis of cannabinoids and their unnatural analogues in yeast.
Synthetic Biology and Engineered Live Biotherapeutics: Toward Increasing System Complexity. Nature, 2019

Ozdemir Tanel, et al. Cell Systems. 2018

JOSEFINA CANO
PhD Genética Molecular

Más información en el Blog Cierta Ciencia

Obras de Josefina Cano:

Viaje al centro del cerebro. Historias para jóvenes de todas las edades (Amazon)

En Colombia en la Librería Panamericana y en Bogotá en la Librería Nacional

Viaje al centro del cerebro. Historias para jóvenes de todas las edades. (Planeta)


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