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Quilo de Ciencia

El quilo, con “q” es el líquido formado en el duodeno (intestino delgado) por bilis, jugo pancreático y lípidos emulsionados resultado de la digestión de los alimentos ingeridos. En el podcast Quilo de Ciencia, realizado por el profesor Jorge Laborda, intentamos “digerir” para el oyente los kilos de ciencia que se generan cada semana y que se publican en las revistas especializadas de mayor impacto científico. Los temas son, por consiguiente variados, pero esperamos que siempre resulten interesantes, amenos, y, en todo caso, nunca indigestos.

Ministerio de Ciencia e Innovación

Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología

Universidad de Castilla - La Mancha

Bioetanol Transgénico

Si toda la energía proviniera de biocombustibles, la emisión neta de CO2 sería cero.

El calentamiento global ha atraído la atención hacia fuentes de energía renovables que no emitan gases de efecto invernadero, sobre todo dióxido de carbono (CO2). Una de estas fuentes de energía son los biocombustibles, en particular el bioetanol, procedente de la fermentación de materias vegetales ricas en azúcar.

El empleo de biocombustibles, aunque emite CO2 a la atmósfera, no genera un balance neto de emisión positivo, puesto que este proviene de la incorporación previa por parte de las plantas, durante la fotosíntesis, de CO2 atmosférico. Por esta razón, si toda la energía proviniera de biocombustibles, la emisión anual neta de CO2 sería cero.

Pero la generación de biocombustibles plantea varios problemas. En primer lugar, las partes fermentables de las plantas cultivadas, en particular el maíz, son precisamente las comestibles. Esto implica que las cosechas destinadas a la producción de biocombustibles no se pueden destinar a la alimentación, lo que causa una subida de precios de los alimentos, en particular en los países desfavorecidos.

Una solución podría encontrarse en la utilización de las partes no comestibles: cañas, paja, hojarasca… Estas partes son ricas en celulosa y hemicelulosa, que sirven de soporte a la planta, formadas por la unión de muchas moléculas de azúcares simples que, si son disgregadas y separadas, pueden ser sometidas a fermentación para la producción de bioetanol.

Pero esta solución presenta un problema: la celulosa y la hemicelulosa de cañas y paja debe ser previamente digerida con enzimas añadidos, en un proceso largo, tras el cual deben recuperarse los azúcares para la fermentación. Este proceso es, además de tedioso, caro ya que requiere el empleo de muy elevadas cantidades de enzimas, como la xilanasa, necesarias para la degradación de la hemicelulosa en azúcares fermentables.

TRANSGÉNESIS AL RESCATE

Para resolver este problema investigadores de la empresa biotecnológica Agrivida, localizada en Massachusetts, USA, pensaron que sería útil general un maíz transgénico al que se hubiera incorporado en su genoma el gen de la xilanasa. La acción de este enzima, interno ahora en la planta, evitaría tener que añadirlo externamente y facilitaría la extracción de azúcares fermentables de las partes no comestibles.

Los investigadores consiguieron dicho maíz transgénico, pero se encontraron con el problema que la xilanasa, activa durante toda la vida de la planta, la fragilizaba al destruir un importante material de soporte y, por si fuera poco, convertía a las plantas en estériles, por lo que no podían reproducirse. Parecía pues que esta solución no era viable.

Pero los científicos no se rindieron. Una ingeniosa variación de la idea anterior tal vez sí funcionara: si impedían que la xilanasa estuviera continuamente activa en la planta, pero la pudieran activar a voluntad una vez realizada la cosecha, tal vez la planta pudiera crecer normalmente, reproducirse y, al mismo tiempo, servir para la generación de maíz y de azúcares a partir de las partes no comestibles. Pero, ¿cómo se la maravillarían ellos para generar una xilanasa inactiva que, sin embargo, pudiera activarse cuando los científicos lo decidieran?

Las inteínas son fragmentos protéicos capaces de integrarse en otras proteínas y de liberarse más tarde.

INTERRUPTOR POR CALOR

Puesto que el procesamiento de las partes no comestibles se realiza como si se cocinara una sopa, en agua bastante caliente, los investigadores intentaron conseguir una xilanasa estable a altas temperaturas, pero que no funcionara en el rango de temperatura normal para el cultivo del maíz. Para diseñar esta versión, decidieron utilizar un parásito molecular denominado “inteína”. Las inteínas son moléculas excepcionales, formadas por segmentos de proteínas capaces de insertarse dentro de proteínas comunes, para más tarde liberarse de la proteína en la que se han insertado. Al liberarse, juntan los dos fragmentos que dejan y reconstituyen la proteína normal.

Los investigadores utilizaron una inteína activa en una especie de bacteria que habita en aguas termales a altas temperaturas, pero que es inactiva a bajas temperaturas. Igualmente, aislaron un gen que producía una xilanasa estable a altas temperaturas y lo modificaron para introducirle el gen de la inteína. Esperaban que esta incorporación produciría una xilanasa que, gracias a la inteína interna, permanecería inactiva a bajas temperaturas pero que se activaría cuando dicha inteína se liberara y reconstituyera la xilanasa normal, al tratarla a altas temperaturas.

Después de probar 23 ubicaciones diferentes para la inteína en el gen de la xilanasa, hallaron unas cuantas en las que sucedía lo que deseaban: la xilanasa resultante era inactiva a bajas temperaturas, pero activa a altas (cuando la inteína se liberaba de la xilanasa). Tras dos rondas adicionales de mutación aleatoria y selección, consiguieron una xilanasa con menos del 10% de su actividad normal antes del calentamiento, pero con más del 60% de su actividad tras ser sometida a altas temperaturas por dos horas para activar la liberación de la inteína (liberación que no siempre era del 100%).

Esta xilanasa no causó efectos adversos a las plantas, pero consiguió que las partes no comestibles fueran mucho más fáciles de digerir. Tras dos horas de tratamiento a 75°C, el rendimiento de glucosa obtenida subió al 90% del máximo esperado y, además, obtenido solo de los restos de las plantas, después de extraer las mazorcas de maíz.

Esta nueva tecnología promete conseguir bioetanol sin afectar a la obtención de alimentos como el maíz, lo que permitirá luchar contra el calentamiento global sin que por ello los precios de algunos alimentos aumenten. Buenas noticias.

OBRAS DE JORGE LABORDA.

Una Luna, una civilización. Por qué la Luna nos dice que estamos solos en el Universo

One Moon one civilization why the Moon tells us we are alone in the universe

Adenio Fidelio

El embudo de la inteligencia y otros ensayos

Las mil y una bases del ADN y otras historias científicas

Se han clonado los dioses.


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