El problema era que los residuos de las cosechas y otros materiales base contienen lignina y por ello eran extremadamente difíciles de digerir para iniciar el proceso, hasta ahora. Ruben Vanholme y sus colegas de Gante (Bélgica), Dundee (Reino Unido) y Madison (Wisconsin, EE UU) han descubierto ahora una enzima (CSE, o cafeoil shikimato esterasa) implicada en la síntesis de la lignina y cuyas mutaciones reducirían mucho la cantidad de ese compuesto indigerible y así lograrían multiplicar por cuatro la eficacia de su digestión para hacer biofuel.
La fiebre de los biocombustibles que caracterizó las postrimerías del siglo XX y primeros años del XXI ha bajado muchos grados en los últimos años, principalmente porque los cultivos dedicados específicamente a su producción competían con los cultivos dedicados a alimentar a la población y al ganado.
Una alternativa aceptada generalmente, al menos sobre el papel, es la utilización de plantas no comestibles —árboles de crecimiento rápido como el chopo y el eucalipto, por ejemplo— o, mejor aún, los residuos que quedan de los cultivos convencionales tras la cosecha del grano, que en la actualidad son poco más que un estorbo más que otra cosa vendible.
Ninguna de estas fuentes energéticas potenciales supondría un competidor con la producción de alimentos, lo que las convierte en una buena opción. El problema es que todas ellas son leñosas, y la lignina —la molécula fundamental de los tejidos leñosos— es extremadamente difícil de digerir para transformarla en los azúcares necesarios para la producción del biocombustible, sea etanol u otro.
Las células vegetales no solo poseen una membrana externa basada en compuestos grasos (lípidos), como sus homólogas del mundo animal, sino también una pared celular resistente y rígida. Esa pared celular está hecha, en especies leñosas, sobre todo de lignina y celulosa. Aunque la celulosa es fácilmente digerible por métodos convencionales para producir glucosa —que a su vez se puede fermentar para producir etanol u otros compuestos útiles como biocombustible—, la lignina forma una especie de cemento que rodea a la celulosa y la hace inaccesible a las estrategias de digestión, salvo que se utilicen métodos muy agresivos, energéticamente costosos y dañinos para el medio ambiente.
Este es el escollo que puede disipar el descubrimiento que los científicos han presentado este jueves en Science.
Vanholme y sus colegas han identificado un nuevo gen fundamental en la ruta biosintética de la lignina. Lo han hecho trabajando en Arabidopsis —una mala hierba que los biólogos vegetales utilizan como sistema modelo por sus grandes ventajas para la investigación genética—, pero sus conclusiones pueden aplicarse a cualquier otra planta leñosa, o a los residuos leñosos.
Sally Benson, directora del Proyecto Global del Clima y la Energía de la Universidad de Stanford, que ha financiado parte de la investigación, considera los resultados “un descubrimiento apasionante y fundamental que ofrece una estrategia alternativa para alterar la lignina en las plantas, y que tiene el potencial de incrementar enormemente la eficacia de la conversión de los cultivos energéticos en biocombustible”.
Curiosamente, el GCEP de Stanford recibe apoyo económico de industrias petroleras, energéticas y de automoción (ExxonMobil, GE, Schlumberger y Toyota), que han aportado 150 millones de dólares (113 millones de euros) al proyecto desde 2002, claro síntoma de que apuestan por los biocombustibles más que por las renovables.
La utilización de plantas mutantes para la enzima CSE reduciría —como ya se ha demostrado en el modelo Arabidopsis— los niveles de lignina en la pared celular, cuadruplicando la accesibilidad de la celulosa para los métodos de digestión suaves y sostenibles.
La idea no solo serviría para la generación de biocombustible, sino también para la fabricación más respetuosa de papel, dado que las industrias papeleras se cuentan ahora entre las más contaminantes por la necesidad de degradar la lignina con medios agresivos, entre otros factores.
La técnica que han usado Vanholme y sus colegas es el knock-out (KO), o inactivación en el laboratorio del gen que codifica la CSE, que ha resultado una enzima clave en la síntesis de la lignina, un hecho que se desconocía hasta ahora y que, en sí mismo, supone un hallazgo notable.
Las plantas KO no solo contienen un 36% menos de lignina en sus paredes celulares, sino que la lignina remanente muestra una estructura alterada que la hace menos resistente, lo que eleva la tasa de conversión de la celulosa en glucosa del 18% típico de las plantas normales a un 78%, sin necesidad de tratamientos radicales.
La idea de los científicos es buscar entre las plantas energéticas leñosas —chopos, eucaliptos y cultivos alimentarios que dejen residuos aprovechables— formas mutantes naturales que tengan afectado el gen CSE.
De no aparecer ninguna, el gen puede ser inactivado con técnicas de ingeniería genética en cualquiera de esas plantas. En el segundo caso, las plantas alteradas deberían considerarse formalmente cultivos transgénicos, lo que podría plantear resistencias ecologistas y de opinión pública en Europa, dificultando su aceptación y uso en todo el mundo.
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