HACIA UN DESARROLLO SUSTENTABLE: EL COMBUSTIBLE GENÉTICO

DE FEUDIS MARCELO ANTONIO Escuela de Guerra Naval (ESGN) Instituto Universitario Naval D’ANDREA ALBERTO LUIS Universidad Argentina de la Empresa.(UADE) 1. Introducción a) Ingeniería genética y genes La ‘ingeniería genética’ surge tras años de investigación del genoma humano a nivel molecular. Mucho debieron trabajar los investigadores de todo el mundo para aprender a ‘cortar y pegar’ secuencias de ADN, de modo de poder transferir material genético responsable de ciertas propiedades deseables, para obtener un producto a medida. Se necesitó, entre otras investigaciones, el descubrimiento de los plásmidos, pequeños elementos de ADN utilizables como vectores para trasportar genes, de ciertas herramientas como las enzimas endonucleasas de restricción, verdaderas tijeras de corte específico del ADN y de las enzimas ADN ligasas, el pegamento para la inserción del gen cortado. A principios de 1973, Stanley N. Cohen y Annie C.Y. Chang de la Universidad de Stanford y Herbert W. Boyer y Robert H. Helling de la Universidad de San Francisco realizaron el primer experimento de ingeniería genética utilizando una técnica conocida como ADN recombinante. Insertaron en bacterias, plásmidos conteniendo genes resistentes a los antibióticos tetraciclina y kanamicina. Luego, sometieron a las bacterias en placas de cultivo a la acción de los antibióticos. Como era de esperar, la mayoría murieron. Sólo sobrevivieron aquellas modificadas mediante ingeniería genética para resistir a los antibióticos. Había nacido la ingeniería genética y con ella la biotecnología moderna. La herramienta estaba disponible, no obstante todavía faltaba conocer los genes y comprender su accionar. En el en el año 2000, concluye el `proyecto genoma humano` iniciado en 1990. Con una inversión de 3.000 millones de dólares, biotecnólogos de todo el mundo trabajaron para mapear los aproximadamente 3.400 millones de pares de bases del ADN distribuidos en los 23 pares de cromosomas humanos. Estos 3.400 millones de pares de bases contienen una cantidad de información equivalente a 200 guías telefónicas de Nueva York de 1.000 páginas cada una (1).

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Hoy se acepta que el mapa genético humano consta de 25.000 genes. A partir de su conocimiento se desató una carrera para descifrar el código genético de distintas especies animales y vegetales. En menos de 10 años el conocimiento de genes de los sistemas vivientes trepo de 25.000 a 60 millones de genes. Para ilustrar podemos citar que en el volumen 463, del 14 de enero del 2010, de la revista Nature se publica por primera vez el genoma completo de la soja

(2).

En el

proyecto intervinieron más de 40 profesionales de 18 institutos de investigación. El ADN de esta planta contiene en sus 20 cromosomas alrededor de 46.000 genes. Ahora se conoce, entre otras, que 1127 de ellos están relacionados con los lípidos y que 22 de ellos son responsables de la síntesis y almacenamiento de aceite. Su conocimiento permitirá desarrollare semillas tendientes a la mejora, entre otras cosas, de la calidad y cantidad de aceite para producir biodiésel. b) Biomasa y biocombustibles La biomasa es materia orgánica derivada de la reacción fotosintética entre el dióxido de carbono, agua, y nutrientes varios. Constituye uno de los recursos energéticos más importantes tanto por ser renovable como neutral en el balance de contaminación de modo de conseguirse desarrollo sustentable sin impacto sobre el calentamiento global. La conversión de biomasa en energía puede seguir

caminos tales como la

conversión biotecnológica, la termoquímica y la combustión directa. En la actualidad la conversión con mayor proyección es la conversión biotecnológica. Dentro de las posibilidades de la conversión biotecnológica, en el presente-futuro cercano, se destaca la conversión fermentativa y la conversión fotobioquímica en cuanto a su capacidad generadora de biocombustibles a corto y largo plazo. La vía de `conversión fermentativa` se centra en la obtención de bioetanol y/o del recientemente desarrollado biobutanol a partir de la fermentación de maíz, caña de azúcar y material celulósico (biomasa de lignocelulosa) como ser residuos de plantas, cereales y madera. En la vía de `producción fotobioquímica resalta la utilización de microalgas para transformar el dióxido de carbono ambiental en

aceite para la producción de

biodiés el (3).

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Las microalgas crecen con extraordinaria rapidez constituyéndose

como una

fuente de biomasa para la producción de biocombustibles a nivel de sustitución global de la demanda actual de combustibles fósiles. También ofrecen, a través de su cultivo en piletones o tanques,

la posibilidad de generarlo en aquellas zonas geográficas

marginales con escasos recursos naturales. Las microalgas son capaces de producir más de 25 veces la cantidad de aceite (por año por unidad de área de tierra) cuando se la compara contra las mejores fuentes terrestres productoras de aceite (ej: la soja). Además las microalgas

pueden ser

cultivadas en agua salada de baja calidad o en aguas residuales cargadas de nutrientes. En la tierra el agua cubre un 71% de su superficie, el 97% de ella es agua de mar y sólo el 3% agua dulce. A futuro debemos tener en consideración un avance en el calentamiento del planeta, la paulatina fusión del hielo polar y un aumento del nivel del mar, responsable de la inundación de las regiones bajas fértiles con la consiguiente disminución del área naturalmente cultivable. La materia prima fundamental para el crecimiento de las microalgas es el dióxido de carbono, el agua y ciertos nutrientes minerales. Están en su etapa final proyectos integrados en los cuales el agua se recicla, los nutrientes minerales, tantos nitratos como fosfatos se obtienen agregando en el agua un 2% de orina humana y el dióxido de carbono se lo obtiene de las chimeneas de las grandes

compañías tales como

cementeras o generadoras de electricidad. En el centro de la escena hoy tenemos la producción de bioetanol a partir de maíz y caña de azúcar y la de biodiésel a partir de aceite de soja u otros cereales y de microalgas. Cuestiones relacionadas con la producción de la gran cantidad de combustible necesario (el parque automotor mundial actual es de 1000 millones de unidades), costos y calentamiento global entre otras

están acelerando la era de los

combustibles genéticos, tendientes a obtener biodiesel o nafta en un sólo paso por la vía ´fotobioquímica` a partir de microalgas y/o microorganismos. 2) Los combustibles genéticos. La posibilidad de producir biocombustibles alternativos a gran escala presenta variados inconvenientes.

Así en el caso de las microalgas, hay que sembrarlas

(Ejemplo: 2000 piletones de 40 x 100 x 0,3 metros), cosecharlas, secarlas, extraerles el aceite y esterificarlo con metanol o etanol para obtener biodiésel.

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Luego habría que resembrar los piletones, lo que exige una estructura paralela de cultivo de algas. Si se cosechara solo el 50% de ellas, esta estructura paralela no sería necesaria, pero no todas tendrían el mismo estadio y cantidad de aceite promedio. Si mediante ingeniería genética se las pudiera modificar para que en un sólo paso generaran biodiesel o incluso octano (nafta), en tierras no aptas para cultivos (desiertos) y consumiendo grandes cantidades de dióxido de carbono estaríamos frente a un sistema que perfectamente podría reemplazar ventajosamente al

actual en forma

renovable y manteniendo el equilibrio ambiental. Un pionero en la materia fue John R. Coleman del Department of Botany, University of Toronto, Canada

(4)

. En 1999 publica conjuntamente con Ming-De Deng

el trabajo Ethanol Synthesis by Genetic Engineering in Cyanobacteria. La cyanobacteria es una microalga azul verdosa. Ellos le incorporaron, mediante ingeniería genética, los genes productores de piruvato decarboxilasa y alcohol dehidrogenasa extraídos de la bacteria Zymomonas mobilis. El resultado es que la microalga mientras crece y se reproduce genera directamente etanol. Esto en la actualidad dio origen, patente mediante, a Algenol Biofuels, empresa que produce bioetanol utilizando la citada tecnología. Recientemente Al genol Biofuels se asoció con Dow Chemical para construir y operar una planta piloto que consistirá en 3.100 birreactores horizontales con capacidad para 4.000 litros. En el año 2006 a partir de un trabajo de investigación Micro diesel: Escherichia coli engineered for fuel production publicado en la revista Microbiology

(5)

, Rainer

Kalscheuer, Torsten Stölting y Alexander Steinbüchel del Institut für Molekulare Mikrobiologie und Biotechnologie de Alemania, le insertaron a la bacteria E. Coli los genes productores de la piruvato decarboxilasa y el de la alcohol deshidrogenasa extraídos de la bacteria Zymomonas mobilis , pero le agregaron el gen de la bacteria Acinetobacter baylyi que produce una acyltransferasa. El resultado es sorprendente. Se obtiene directamente biodiesel en un solo paso.

Este desarrollo se prosigue

posteriormente en el JBEI -Joint BioEnergy Institute- de los EEUU constituyéndose en uno de los tres proyectos financiados por el Departamento de Energía de los Estados Unidos. En la actualidad la empresa Amyris, destacada como séptima entre las 10 empresas biotecnológicas más innovadoras del año 2009, planea comenzar su producción de biodiesel a gran escala en el año 2011.

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La estrella de los biocombustibles genéticos es Synthetic Genomics

(6)

, fundada

por el prestigioso Dr. J. Craig Venter, en la actualidad está realizando investigaciones para modificar, mediante ingeniería genética, micro algas

destinadas a producir

directamente tanto octano (nafta) cómo biodiesel. La Exxon Móbil se asoció en el desarrollo y aportó 600 millones de dólares para acelerar el proyecto. Toda una apuesta al futuro. Synthetic Genomics fue destacada como la segunda empresa biotecnológica más innovadoras del año 2009

3. Conclusiones El auxilio de la ingeniería genética para la producción de combustibles en un solo paso pareciera inclinar la balanza hacia el lado de los biocombustibles en desmedro de los autos eléctricos. La producción de autos eléctricos se enfrenta al problema de la insuficiencia de materiales para construir la cantidad de baterías necesarias para el reemplazo de un parque automotor mundial de 1000 millones de vehículos. Parece poco inteligente volver a utilizar recursos no renovables y escasos en la naturaleza como el litio, cuyo costo aumento en los últimos 5 años de 350 a 3000 dólares la tonelada. El mercado de los autos eléctricos cubrirá un pequeño porcentaje del mercado destinado para vehículos y será mucho menos significativo en el reemplazo total de los combustibles fósiles. Los biocombustibles genéticos tienen enormes posibilidades. Si la modificación genética se realiza sobre micro algas, estás no necesitan tierras aptas para cultivo, se siembran en piletones o bioreactores pudiéndose utilizar tierras desérticas y agua salada. Necesitan para su desarrollo grandes cantidades de dióxido de carbono lo que permite establecer un equilibrio entre el producido debido a la utilización del biocombustible y su elevada demanda para el cultivo de las microalgas. A todos estos beneficios hay que sumarle la obtención del biocombustible en forma directa, en un solo paso, lo que evita instalaciones complejas y disminuye significativamente su costo. No debemos olvidar que los biotecnólogos descifraron genomas de muchas especies animales y vegetales, por lo cual conocen y disponen de un acervo genético de 60 millones de genes como materia prima básica para solucionar en forma sustentable, desde la bioeconomía, los problemas socioeconómicos de mundo actual.

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4. Bibliografía 1) RENNEBERG, Reinhard. Biotecnología para principiantes. Barcelona. EDITORIAL TEVERTÉ. 2008 2) THE INTERNATIONAL BRACHYPODIUM INITIATIVE. “Genome sequencing and analysis of the model grass Brachypodium distachyon”. Nature 463, 763-768, febrero 2010 3) D’ANDREA, Alberto Luis. Master de Negocios. Capítulo 1 “La biotecnología y las tecnologías de convergencia”. Buenos Aires. MATERIABIZ-IECO-CLARÍN. 2009 4) MING-DE Deng y COLEMAN, John R. “Ethanol Synthesis by Genetic Engineering in Cyanobacteria”. Applied and Environmental Microbiology, p. 523-528, Vol. 65, No. 2, febrero 1999 ALEXANDER 5) KALSCHEUER, Rainer, STÖLTING, Torsten y STEINBÜCHEL, Alexander. “Microdiesel: Escherichia coli engineered for fuel production”. Microbiology 152, 2529-2536, 2006 6) Synthetic Genomics . Disponible: http://www.syntheticgenomics.com/about/leadership.html. 2010.

Fecha consulta 7 de abril

CV de D’ANDREA, Alberto Luis. Es Profesor en la Especialidad Química egresado de la Facultad de Filosofía y Letras (UBA), Licenciado en Química Biológica y Doctor en Ciencias Químicas egresado de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UBA). Realizó un posgrado en Ingeniería Biomédica en la Facultad de Medicina (UBA) Fundación Favaloro. Publicó textos relacionados con la enseñanza tanto presencial como a distancia, y numerosos trabajos científicos originales de investigación en revistas especializadas internacionales. Actualmente es Director de la Licenciatura en Biotecnología de la UADE, Coordinador de la Confederación Argentina de Biotecnología y miembro de la European Federation of Biotechnology.

CV de DE FEUDIS, Marcelo Antonio. Máster en Dirección de Empresas (MBA) con Orientación en Management Estratégico U.P. (2005) Tesis publicada por la Universidad “El problema de la Sucesión del Management en las Empresas Familiares” y Licenciado en Informática UADE (1990) A nivel laboral se destaca desde el 2007 Profesor Titular Matemática Aplicada a la Logística en el Postgrado en Logística del Instituto Universitario Naval, donde además se desempeña como Docente Investigador desde el año 2008 en el proyecto “Bases para la Institucionalización de la Responsabilidad Social Universitaria para ESGN” dirigida por el Dr. Daniel Dei. Además desde 1989 trabaja en la Universidad Argentina de la Empresa, siendo en la actualidad Profesor Adjunto Ordinario de Estadística I, Estadística II en Introducción a la Estadística.

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