Investigadores han diseñado un microbio que en el futuro serviría para producir energía, combustible o alimentos, suministrándole electricidad y dióxido de carbono
Los seres vivos fotosintéticos, las plantas, las algas y las bacterias, son especialistas en vivir del aire y de la luz, siempre que tengan agua. Son capaces de captar el CO2 de la atmósfera y, aprovechando la energía del Sol y del agua, le «arrancan» el átomo de carbono para introducirlo en cadenas de azúcares con las que sobrevivir (por eso, se puede decir que, en parte, el azúcar está hecho de aire). Como estos seres «fabrican» su propia materia orgánica, se les denomina autótrofos, en comparación con los que han de absorber esta materia de otros seres (los heterótrofos).
Todo esto «ya está inventado» por la naturaleza desde hace miles de millones de años. Pero, un grupo de investigadores del Instituto Weizmann de Ciencia en Rehovot (Israel), ha publicado un estudio en «Cell» donde han dado con algo totalmente nuevo. Los científicos han conseguido que la bacteria más usada en investigación, Escherichia coli (E. coli), que es heterótrofa, deje de alimentarse de azúcar y comience a vivir del CO2. Según los investigadores, este logro es muy interesante porque podría servir para modificar a esta bacteria, que es muy versátil y que crece muy fácilmente, para producir compuestos químicos, combustible o comida, sencillamente suministrándole dióxido de carbono y electricidad.
Lo más interesante es que, si esta energía proviniese de fuentes renovables, esta bacteria sería un modo casi no contaminante de fabricar multitud de compuestos. Además, se superaría un importante obstáculo técnico: la bacteria E. coli es más fácil de manipular que los microbios fotosintéticos.
Cómo entrenar a tu bacteria
Este avance ha sido logro de una década de investigación y de una serie de «tretas» por las que los científicos consiguieron inducir una rápida evolución de estas bacterias para su propio beneficio. En primer lugar, los investigadores añadieron y modificaron los genes necesarios para fijar CO2 en las E. coli. Además, también introdujeron el ADN para degradar una sustancia conocida como formiato, que se puede producir directamente de la electricidad y que el microbio puede usar para obtener los electrones que necesita.
Después de estos pasos, las bacterias se hicieron capaces de alimentarse de CO2, aunque es cierto que seguían «prefiriendo» no hacerlo: si tenían la alternativa, seguían usando el azúcar.
Por este motivo, los científicos fueron cultivando y seleccionando poblaciones de bacterias cada vez más acostumbradas a vivir sin azúcar, por medio de una estrategia que se conoce como «evolución dirigida». Esto consiste en seleccionar a los microbios, a lo largo de generaciones, para escoger los rasgos de interés. En este caso, se concentraron en reducir la cantidad de azúcar presente en sus cultivos, pero sin llegar a matarlas, para ir reduciéndola con el paso de las generaciones. Al mismo tiempo, añadieron dióxido de carbono y formiato. De esta forma, finalmente lograron que los descendientes vivieran solo de estas fuentes.
A continuación, los investigadores tuvieron que confirmar que, efectivamente, estos microbios solo se estaban alimentando de CO2. Para ello, le suministraron moléculas de este gas cuyo átomo de carbono no era carbono 12, el normal, sino el isótopo carbono 13, más pesado que el anterior. La bacteria no distingue entre uno y otro, pero los científicos pudieron detectar las diferencias de masa en el microbio debidas a haber incorporado esos átomos más pesados. Por último, consiguieron identificar algunos de los cambios experimentados por el microorganismo para regular los genes que les insertaron y llevar a cabo su nueva forma de vida.
Bacterias produciendo combustible
Ron Milo, director de la investigación, cree que estas modificaciones podrían servir para manipular otras bacterias y levaduras para conseguir que diversos microbios, con interesantes capacidades, puedan vivir del CO2. Además, adelantan que esperan sustituir como fuente de electrones el formiato, una molécula orgánica, por la electricidad. De esta forma, en teoría, la energía suministrada por un panel solar, y el aire, bastarían para que una bacteria produjera moléculas interesantes. Incluso, podrían «fabricar» combustible: quemarlo produciría tanto CO2 como CO2 se absorbería al producirlo.
Pero todavía quedan varios años para hacer realidad estas ideas. De momento, las bacterias modificadas son capaces de vivir del CO2, pero se alimentarían de azúcar si tuvieran la opción. Además, tardan mucho más en multiplicarse que las variedades normales: se pueden dividir cada 18 horas, mientras que las corrientes lo pueden hacer cada 20 minutos. Además, también requieren importantes niveles de dióxido de carbono: sobreviven con concentraciones del 10% de CO2, pero morirían con niveles atmosféricos, que rondan el 0,041%.
Próximamente, los investigadores esperan acelerar la velocidad de crecimiento de esta bacteria y disminuir los niveles de CO2 necesarios para su supervivencia. Por el momento, saben que los cambios en 11 genes han bastado para cambiar «la dieta» de la E. coli, pero ahora están trabajando en averiguar por qué, exactamente.
Tal como ha informado Nature.com, en la actualidad ya se usa a E. coli para fabricar insulina u hormona del crecimiento. Ahora, tal como ha explicado Ron Milo, se podría trabajar en aumentar el repertorio de compuestos que la bacteria puede producir, incluyendo combustibles renovables, comida u otras sustancias de interés.