¿Son los árboles el futuro de la producción química industrial?
Los árboles son el recurso natural más abundante que habita las masas terrestres de la Tierra, y los científicos e ingenieros de la Universidad Estatal de Carolina del Norte están avanzando en la búsqueda de formas de utilizarlos como alternativas sostenibles y respetuosas con el medio ambiente a la producción de productos químicos industriales a partir del petróleo.
La lignina, un polímero que hace que los árboles sean rígidos y resistentes a la degradación, ha resultado problemática. Ahora los investigadores de NC State saben por qué: Han identificado la propiedad molecular específica de la lignina -su contenido en metoxi- que determina lo difícil o fácil que sería utilizar la fermentación microbiana para convertir árboles y otras plantas en productos químicos industriales.
Estos hallazgos nos acercan un poco más a la fabricación de productos químicos industriales a partir de árboles como alternativa económica y medioambientalmente sostenible a los derivados del petróleo», afirma Robert Kelly, autor de un artículo publicado en la revista Science Advances en el que se detalla el descubrimiento.
El grupo de Kelly había demostrado anteriormente, en un artículo de la revista Science en 2023, que ciertas bacterias termófilas extremas, que prosperan en lugares como las fuentes termales del Parque Nacional de Yellowstone, pueden degradar la celulosa de los árboles, pero «no en gran medida», dijo. «En otras palabras, no al nivel que tendría sentido económico y medioambiental para producir productos químicos industriales».
Como se publicó en la revista Science en 2023, Wang y sus colegas utilizaron la tecnología de edición del genoma CRISPR para crear álamos con un contenido y una composición de lignina modificados. Se han centrado en los álamos porque crecen rápido, requieren un uso mínimo de pesticidas y crecen en tierras marginales en las que es difícil cultivar alimentos.
El grupo de Kelly descubrió que algunos de estos árboles editados con CRISPR, aunque no todos, funcionaban bien para la degradación microbiana y la fermentación. Como explicó su antiguo estudiante de doctorado Ryan Bing, resulta que estas bacterias tienen diferentes apetitos por distintos tipos de plantas.
En un estudio de seguimiento, Kelly y Bing comprobaron hasta qué punto una bacteria modificada genéticamente y aislada originalmente de las aguas termales de Kamchutka (Rusia), Anaerocellum bescii, descomponía los álamos modificados por Wang con contenidos y composición de lignina marcadamente diferentes.
Los investigadores descubrieron que cuanto menor era el contenido de metoxi de lignina del árbol, más degradable era.
«Esto aclara el misterio de por qué la lignina baja por sí sola no es la clave: el problema está en los detalles», afirma Kelly. «Un contenido bajo en metoxi probablemente hace que la celulosa esté más disponible para las bacterias».
Wang había creado los álamos bajos en lignina para que fueran mejores para la fabricación de papel y otros productos de fibra, pero la investigación reciente sugiere que los álamos manipulados que no sólo tienen baja lignina sino también bajo contenido en metoxi son mejores para fabricar productos químicos mediante fermentación microbiana.
Los álamos modificados de Wang crecen bien en el invernadero, pero aún no hay resultados de las pruebas de campo. El grupo de Kelly ya ha demostrado que los álamos con bajo contenido en lignina pueden convertirse en productos químicos industriales, como acetona y gas hidrógeno, con resultados económicos favorables y un bajo impacto ambiental.
En la actualidad, la producción de productos químicos a partir de los árboles se puede hacer por medios tradicionales: cortando la madera en trozos más pequeños y utilizando productos químicos y enzimas para pretratarla para su posterior procesamiento.
El uso de microbios artificiales para descomponer la lignina ofrece ventajas, como menores necesidades energéticas y menor impacto ambiental, explica Kelly.
Las enzimas pueden utilizarse para descomponer la celulosa en azúcares simples, pero hay que añadirlas continuamente al proceso. Ciertos microorganismos, en cambio, producen continuamente las enzimas clave que hacen que el proceso microbiano sea más económico.
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Fuente: quimica.es