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En la lucha actual contra el cambio climático, es crítico reducir las emisiones de dióxido de carbono (CO₂) y adoptar vías sostenibles de cara a la explotación de las fuentes de carbono. Un concepto prometedor es el reciclaje del CO₂ en compuestos químicos de alto valor con un potencial económico, transformando nuestra manera de enfocar la contaminación. Pero, ¿cómo podemos reciclar un gas tan nocivo para el medio ambiente? Es aquí donde entra en juego la biotecnología.

En nuestra investigación, exploramos una posibilidad intrigante: utilizar un tipo concreto de levadura, conocida como Komagataella phaffii, para convertir metanol –un compuesto derivado del CO₂– en ácido 3-hidroxipropiónico (3-HP). Aunque puede sonar complicado, la idea básica es simple: manipulamos el ADN de la levadura para crear una nueva ruta metabólica, de manera que K. phaffii fuese capaz de alimentarse de metanol para producir 3-HP, un compuesto químico muy valioso que se utiliza para fabricar plásticos biodegradables, pigmentos, pinturas, fibras, etc.

¿Por qué utilizar metanol?

Capturando el CO₂ directamente de la atmosfera o de emisiones industriales, como por ejemplo el CO₂ liberado por una fábrica de cerveza, o por las incineradoras de residuos municipales y las plantas de generación eléctrica a partir de la combustión de biomasa o biogás, podemos convertirlo en metanol. Esto es posible aplicando una corriente eléctrica, que permite la transferencia de electrones a los átomos de CO₂, transformándolos en metanol. El metanol es una elección atractiva porque es relativamente económico y se puede producir de manera sostenible partiendo de CO₂ y mediante energía renovable (como la solar o la eólica).

El papel de Komagataella phaffii

Algunos microorganismos, como K. phaffii, son capaces de utilizar el metanol como fuente de alimento. Además, esta levadura es particularmente especial porque ya se utiliza ampliamente en el sector industrial de la biotecnología como factoría celular para producir proteínas y otros compuestos útiles. Así que pensamos: ¿Por qué no intentar “reprogramar” esta levadura para producir 3-HP a partir de metanol?

Bioconversión de metanol a 3-HP de manera artificial

El verdadero reto de esta propuesta se encuentra en que las células de K. phaffii no tienen las instrucciones necesarias en su ADN (conocidas como genes) que les indiquen como transformar el metanol en 3-HP. Para ponerle solución, cogimos prestados algunos genes de otras especies –¡incluso de un escarabajo rojo! – cada uno de los cuales contiene la información necesaria para realizar un paso clave en este proceso de transformación. A continuación, estos genes fueron introducidos en nuestra levadura, construyendo lo que nosotros llamamos la ruta sintética de la β-alanina, otorgando a K. phaffii la nueva habilidad de producir 3-HP a partir de metanol.

Sin embargo, por muy increíble que suene, no fue una tarea fácil. Era importante aplicar la ingeniería genética de manera precisa para harmonizar el metabolismo propio de la levadura con la ruta metabólica artificial introducida. Teníamos que asegurarnos de que la levadura no se viese sobrecargada por los cambios incorporados ni empezase a producir otros compuestos no deseados. Después de un largo proceso experimental, los resultados fueron prometedores: K. phaffii era capaz de convertir el metanol en 3-HP, marcando un gran avance en la revalorización del CO₂.

Y ahora, ¿qué?

A largo plazo, esta tecnología puede contribuir a una economía circular más sostenible. No solo podría ayudar a mitigar las emisiones de CO₂, sino que también les podría ofrecer una segunda vida al transformarlas en productos químicos de alto valor, creando así un sistema cerrado de carbono que convierte los residuos en beneficios económicos y medioambientales.

A pesar de nuestros emocionantes resultados, aún queda trabajo por hacer. Es necesario optimizar el proceso para hacerlo viable económicamente a escala industrial. No obstante, el potencial es claro: la biotecnología microbiana se presenta como una poderosa herramienta para abordar el cambio climático y reducir nuestra huella ambiental.