Microalgas: biofactorías verdes de futuro

Hace millones de años, algunas bacterias descubrieron una fuente de energía “inagotable” como es la luz solar. Estas bacterias denominadas cianobacterias, evolucionaron para romper moléculas de agua, producir oxígeno y obtener energía, la fotosíntesis había llegado para quedarse. La expansión de las cianobacterias provocó un cambio en la evolución de la vida. Entre una gran variedad de microorganismos, habían surgido una serie de células “superiores” o eucariotas con capacidad de comerse a otros microorganismos, incluida a las cianobacterias. En algún punto de la evolución, estos depredadores vieron un beneficio en el caso de que las cianobacterias se mantuviesen vivas en su interior, ya que producían compuestos que podían utilizar para obtener energía gracias a la fotosíntesis. Tras un largo proceso de transformación, la cianobacteria terminó convirtiéndose en un nuevo orgánulo denominado cloroplasto, naciendo así las microalgas y el linaje de las plantas. El origen del cloroplasto provocó un cambio metabólico en las microalgas ya que podían utilizar el dióxido de carbono de la atmósfera (CO2) para generar azúcares. Actualmente, las microalgas son responsables del 50% de la fotosíntesis que se realiza en la Tierra, produciendo oxígeno y asimilando gran parte del CO2 antropogénico, es decir, el que se produce a partir de la actividad humana.

El cambio metabólico producido en las microalgas no fue sencillo ya que muchas rutas señalizadoras tuvieron que adaptarse o “reinventarse” a esta nueva forma de vida. Entre los reguladores se encuentra TOR, una proteína esencial para el crecimiento celular y ampliamente conservada entre los organismos eucariotas. TOR fomenta la activación de procesos biosintéticos como la traducción de proteínas y la inactivación de procesos de reciclaje como la autofagia. En base a esto, surge el interés de mi actual grupo de investigación liderado por José Luis Crespo y con una amplia experiencia en este campo de investigación, ¿cómo responde TOR al metabolismo autótrofo de los organismos fotosintéticos? Como bioquímico y apasionado del metabolismo y la fotosíntesis, he tenido la suerte de participar en proyectos que han abordado cuestiones sobre cómo ciertas proteínas regulan el metabolismo en las cianobacterias, y este proyecto suponía un gran reto personal. Tras un año de intenso trabajo, perfectamente coordinado con los otros miembros del equipo de investigación, hemos establecido las bases moleculares implicadas en la regulación de TOR y la autofagia en respuesta a la asimilación fotosintética de CO2. En otras palabras, hemos demostrado una conexión directa entre la fotosíntesis y la activación de la ruta TOR a través de metabolitos esenciales como los aminoácidos.

De la misma forma que cambios en el clima permitieron la aparición del ser humano, la actividad de éste puede provocar que la vida en la Tierra sea más complicada.

El trabajo, publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences USA (PNAS), tiene implicaciones ecológicas y biotecnológicas. Futuros proyectos de investigación básica y aplicada podrán ir encaminados a estudiar si la modulación de la ruta TOR permiten optimizar la retirada de CO2 atmosférico. Hay que tener en cuenta que la vida en la Tierra ha evolucionado en un ambiente cambiante en función de actores como la radicación solar, la superficie terrestre o el agua de los océanos. De la misma forma que cambios en el clima permitieron la aparición del ser humano, la actividad de éste puede provocar que la vida en la Tierra sea más complicada. Las concentraciones de CO2 atmosférico aumentaron a partir de la Revolución Industrial y continúan en peligroso ascenso. Hoy día sabemos que ese aumento ha provocado que microalgas y plantas hayan aumentado la absorción de CO2, aunque no suficiente para detener el cambio climático. Esto es debido a que el aumento de los niveles de CO2 atmosférico, junto a otros gases, también ha provocado un aumento de la temperatura, la erosión del suelo o los periodos de sequía, que a su vez pueden afectar gravemente a la actividad de microalgas y plantas. De esta forma, el cambio climático apunta a la necesidad de reducir la huella de CO2 que produce la actividad humana y utilizar fuentes de energías renovables. En este sentido, las microalgas son consideradas biofactorías verdes ya que tienen un inmenso potencial en sectores industriales como la agricultura o la cosmética. Incluso en el sector energético ya que producen compuestos precursores de biocombustibles. Su principal nutriente es el CO2 y pueden crecer en terrenos sin valor agrícola o en aguas residuales, utilizando el CO2 procedente de la industria e integrándose en la economía circular.

En la actualidad ya existen empresas españolas y europeas que han apostado por las microalgas como materia prima, con buenas perspectivas de crecimiento. A pesar de esto, todavía estamos muy lejos de Asia en cuanto a la capacidad de producción. En ese aspecto, la inversión en I+D del sector privado y la colaboración público-privada son clave para avanzar. Más aún, en un actual contexto de debate sobre cuáles son energías renovables o sostenibles en el seno de la Unión Europea. En España y especialmente en Andalucía, la inversión en I+D por parte de las distintas administraciones y de las empresas está lejos de otros países europeos como Alemania, y debemos cambiar la tendencia para no estar condenados a competir simplemente con el turismo. Además, la mayor parte del gasto total en I+D sale de fondos públicos, aunque son las empresas las que finalmente desarrollan y comercializan el producto tras comprar la patente. Esta tendencia también debe cambiar, impulsando iniciativas que fomenten la inversión y participación de las empresas.  

Referencia:

Manuel J. Mallén-Ponce, María Esther Pérez-Pérez, José L. Crespo (2022). Photosynthetic assimilation of CO2 regulates TOR activity. Proceedings of the National Academy of Sciences. Jan 2022, 119 (2) e2115261119. DOI: 10.1073/pnas.2115261119.