Los bioquímicos de la UCLA han ideado una forma inteligente de fabricar una serie de compuestos químicos útiles, que podrían conducir a la producción de biocombustibles y nuevos productos farmacéuticos.
«La idea de la biología sintética es rediseñar las células para que tomen el azúcar y lo hagan pasar por una serie de pasos químicos para convertirlo en un biocombustible o en un producto químico o farmacéutico», dijo James Bowie, profesor de química y bioquímica en la facultad de la UCLA, y autor principal de la nueva investigación. «Sin embargo, eso es extremadamente difícil de hacer. La célula protesta. Tomará el azúcar y hará con él otras cosas que no quiere, como construir paredes celulares, proteínas y moléculas de ARN. La célula lucha contra nosotros todo el tiempo».
Como alternativa, Bowie y su equipo de investigación han desarrollado un enfoque prometedor que denomina bioquímica sintética y que evita la necesidad de células.
«Queremos hacer un conjunto concreto de transformaciones químicas -eso es todo lo que queremos-, así que decidimos desechar las células y limitarnos a construir los pasos bioquímicos en un matraz», dijo Bowie. «Eliminamos por completo la molesta célula».
Los bioquímicos purificaron más de dos docenas de enzimas en combinaciones y concentraciones particulares, las pusieron en un matraz y añadieron glucosa. Las enzimas y las vías, creadas en el laboratorio de Bowie, no se encuentran necesariamente en la naturaleza. «Cuando no tenemos que preocuparnos por mantener contentas a las células, es más fácil reorganizar las cosas como queremos», dijo.
«Si las enzimas no son lo suficientemente buenas -no son lo suficientemente rápidas, no son lo suficientemente estables- entonces las rediseñamos», dijo Tyler Korman, becario postdoctoral en el laboratorio de Bowie y coautor del estudio.
La bioquímica sintética tiene potencial para muchos productos
La investigación, publicada hoy en la revista Nature Chemical Biology, demuestra que los bioquímicos pueden generar sistemas enzimáticos complejos fuera de la célula que funcionan lo suficientemente bien como para ser útiles en la producción de biocombustibles y productos químicos básicos.
La bioquímica sintética podría utilizarse para muchos productos industriales, entre ellos la producción de plásticos, sabores y aromas, y quizás, con el tiempo, biocombustibles, dijo Bowie, miembro de la División de Biología de Sistemas y Diseño del Instituto de Energía de la UCLA y del Instituto de Biología Molecular de la UCLA.
Para convertir la glucosa en biocombustible, lo ideal sería que las células convirtieran el 100% del azúcar en combustible. El etanol puede producirse mediante la fermentación de la levadura con un rendimiento aproximado del 70 por ciento, mediante el mismo proceso que utilizamos para fabricar cerveza y vino, «pero eso es después de, efectivamente, miles de años de optimización por parte del hombre para aumentar los niveles de alcohol en nuestras bebidas favoritas», dijo Bowie. Los mejores rendimientos de las sustancias químicas producidas por células en cepas de bioingeniería suelen ser mucho más bajos o presentan otros problemas, dijo.
Bowie, Korman y Paul Opgenorth, otro becario postdoctoral del laboratorio, informan de que han logrado un rendimiento de aproximadamente el 90% para la producción de un plástico biodegradable.
El equipo de investigación está trabajando para superar los retos restantes, incluida la regulación de la producción de moléculas de alta energía necesarias para las reacciones bioquímicas.
En un importante preludio del estudio actual, los bioquímicos informaron el 17 de junio de 2013 en la revista Nature Communications de un importante avance en la regulación de estas moléculas de alta energía -un sistema que denominan válvula de purga molecular- y siguen desarrollando otros «trucos» de regulación.
Bioquímica
«Tenemos que conseguir que la bioquímica sintética sea lo suficientemente robusta como para funcionar en una planta industrial muy grande», afirma Bowie, que lleva investigando en la UCLA desde 1989, primero como becario postdoctoral, y con su propio laboratorio desde 1993.
Están en las primeras fases de formación de una empresa, llamada Invizyne Technologies, Inc., de la que Bowie es asesor científico.
