El mundo en que vivimos depende en gran medida de los recursos fósiles. Desde los combustibles hasta las fibras sintéticas y los plásticos, muchos productos químicos y materiales pasan por un proceso de refinado en el que el petróleo fósil o el gas natural sirven como materias primas. El uso de recursos fósiles para fabricar productos cotidianos se percibe como una amenaza para la seguridad energética nacional y a menudo también se le atribuye el cambio climático. Por ello, se intenta reducir nuestra dependencia de los recursos fósiles, por ejemplo, utilizando biomasa renovable como materia prima alternativa.
Al considerar la biomasa como materia prima, surge una cuestión: el debate entre alimentos y combustibles. ¿Deberían utilizarse el maíz y el azúcar comestibles como materias primas? Afortunadamente, dado que la biomasa no alimentaria adecuada (como los materiales lignocelulósicos y la biomasa de algas) es barata y abundante, no será —o al menos no será necesario— utilizar biomasa de cultivos alimentarios en las biorrefinerías. biomasa de cultivos alimentarios en las biorrefinerías. En última instancia, podremos establecer un equilibrio entre alimentos y combustibles.
De cara al futuro, algún día se utilizará dióxido de carbono como materia prima para fabricar productos químicos y materiales que actualmente se producen a partir del petróleo. Para hacerlo realidad, necesitamos obtener microorganismos de alto rendimiento. Sin embargo, los microorganismos aislados de la naturaleza no son adecuados para una producción eficiente y rentable. Aquí es donde entra en juego la ingeniería metabólica: para mejorar el rendimiento metabólico de la célula.
En las últimas décadas, la ingeniería metabólica ha avanzado rápidamente en el diseño y desarrollo de microorganismos modificados para producir fármacos, productos químicos, combustibles y materiales con mayor eficiencia. Los avances en biología de sistemas y biología sintética han transformado el campo de la ingeniería metabólica. Gracias al análisis rápido del genoma completo, seguido de un análisis a nivel de sistemas de las características celulares y metabólicas, los ingenieros metabólicos disponen ahora de enormes cantidades de datos y herramientas de simulación. Pueden utilizarlos para diseñar células con un rendimiento óptimo.
Con la biología sintética, ahora podemos diseñar y crear enzimas y vías a partir de las cuales pueden obtenerse incluso productos químicos no naturales. Este enfoque integrado de la ingeniería metabólica, denominado «ingeniería metabólica de sistemas», nos permite desarrollar células biocatalizadoras de rendimiento superior para lograr biorrefinerías exitosas. Por ejemplo, el 1,4-butanodiol —un producto químico básico no natural utilizado para fabricar plásticos, elastano, poliésteres y ácido poliláctico— podría producirse mediante la ingeniería metabólica de sistemas de E. coli. En esencia, las bacterias pueden reconfigurarse para convertirlas en fibras sintéticas.
Este tipo de desarrollo impulsará la evolución de la industria química. Nos ayudará a avanzar hacia un mundo más sostenible. Además, crecerán las oportunidades laborales en el campo de la ingeniería metabólica, por ejemplo, en fermentación, bioprocesamiento posterior y síntesis integrada de bioprocesos.
Para obtener más información, lea el informe Future of Industrial Biorefineries del World Economic Forum en http://www3.weforum.org/docs/WEF_FutureIndustrialBiorefineries_Report_2010.pdf
Autor: Sang Yup Lee es profesor distinguido, decano y director del Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), y actualmente preside el Consejo de Agenda Global sobre Tecnologías Emergentes del World Economic Forum.
En la imagen: Un ingeniero químico sostiene un tubo de ensayo con biocombustible en la fábrica de Oleoplan en Passo Fundo, a 300 km (186 millas) al suroeste de Porto Alegre, el 21 de mayo de 2010. A medida que las grandes corporaciones dominan cada vez más el negocio de los biocombustibles, Brasil busca ampliar el sector para incluir a pequeños agricultores, que pueden mejorar sus ingresos cultivando las plantas utilizadas para producir combustible. REUTERS/Bruno Domingos
