Modificar las industrias empleando biología sintética

U.S. Army Photo – Eric Proctor and Autumn Kulaga

Hacia una economía circular mediante el uso de la biología sintética

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Investigadores de la Universidad Pompeu Fabra participan en un revolucionario proyecto de bioingeniería para abordar el problema de los residuos producidos por la industria. El proyecto MADONNA, que durará cuatro años, propone considerar la industria como un sistema metabólico artificial en el que todos los elementos podrían ser reutilizados.

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UPF / La Revolución Industrial trajo consigo un sinfín de cambios en la sociedad que se tradujeron en mejoras en la producción y la economía. Sin embargo, con su llegada, aparecieron también los residuos industriales: polímeros plásticos, disolventes químicos, metales y desechos radioactivos que, lejos de poder ser reutilizados, se acumulan y causan graves daños en la biosfera. A día de hoy, el impacto de la industria sobre el medio ambiente es uno de los mayores problemas a nivel mundial.

Científicos de la Universidad Pompeu Fabra participan el proyecto MADONNA, dirigido a erradicar los residuos provenientes de la industria mediante el uso de la biología sintética y los avances en biotecnología. El equipo, liderado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y que cuenta con el profesor de investigación ICREA de la Universidad Pompeu  Fabra, Ricard Solé, explorará posibles escenarios para convertir la industria en un proceso sostenible y cíclico.

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Más allá del reciclaje

El cambio de paradigma que proponen los autores implica la introducción de reacciones químicas inexistentes en la naturaleza

La producción industrial puede entenderse como un sistema metabólico artificial en el que las materias primas se convierten en productos. Pero a diferencia del metabolismo biológico o los ciclos geoquímicos del planeta, estos procesos se producen principalmente en una sola dirección con escasas o ningunas posibilidades de reciclaje.

“El planeta Tierra ha evolucionado durante miles de millones de años como un sistema cíclico en equilibrio, mantenido en última instancia por la energía solar”, comenta Solé, que es jefe del Laboratorio de Sistemas Complejos del Instituto de Biología Evolutiva (IBE, CSIC-UPF). “Nuestro objetivo es modificar las industrias empleando la biología sintética para convertirlas en sistemas cíclicos en los que todas las sustancias creadas se puedan reutilizar”.

El cambio de paradigma que proponen los autores implica la introducción de reacciones químicas inexistentes en la naturaleza pero conocidas o utilizadas en el ámbito  de la industria o la ingeniería química en redes biológicas.  Muchas reacciones químicas, como la captación de dióxido de carbono, se dan de forma natural. Otras, como la degradación del plástico (polietileno) o la fijación del nitrógeno en presencia de oxígeno, suceden a niveles insignificantes o no se dan en la naturaleza. “Con MADONNA, queremos rediseñar o incluso crear reacciones químicas que no existen en la naturaleza para recuperar la parte más dañada de la biosfera así como frenar el impacto que la actividad humana sigue ejerciendo sobre ella”, asegura Solé.

Metabolismo biológico versus metabolismo industrial. La figura muestra el ciclo metabólico básico de la biosfera: una secuencia de reacciones bioquímicas sostenibles para la creación y transformación de biomasa y otros biocomponentes. El metabolismo industrial transforma materias primas y energía habitualmente no renovable en productos, generando residuos.
Metabolismo biológico versus metabolismo industrial. La figura muestra el ciclo metabólico básico de la biosfera: una secuencia de reacciones bioquímicas sostenibles para la creación y transformación de biomasa y otros biocomponentes. El metabolismo industrial transforma materias primas y energía habitualmente no renovable en productos, generando residuos.

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Consiste en llevar procesos de manufacturación hacia un metabolismo bioquímico y alejarlos del metabolismo puramente industrial y ajeno a los procesos biológicos

Como señalan los investigadores, “el mantenimiento de nuestra sociedad actual depende, por un lado, del desarrollo de nuevos productos capaces de llevar a cabo, de manera respetuosa con el medio ambiente y a un coste energético mínimo, procesos que pertenecen al ámbito de la ingeniería química; y, por otro lado, de la limitación de las emisiones de gases de efecto invernadero y residuos químicos que tienen una gran influencia en el deterioro medioambiental de nuestro planeta”. El proyecto MADONNA, que se prevé que dure cuatro años y está financiado por la Comisión Europea, pretende abordar este desafío llevando a los procesos de manufacturación hacia un metabolismo bioquímico y alejándolos del metabolismo puramente industrial y ajeno a los procesos biológicos.

“Este proyecto tendrá un efecto transformador en la química industrial. Al combinar las disciplinas de biología, química e ingeniería en el ámbito de la industria, MADONNA cambiará radicalmente el panorama de la innovación biotecnológica”, concluye Solé.

El proyecto europeo MADONNA (Microbiadeployment of new-to-nature chemistries for refactoring the barriers betweeliving and non-living matter) lo llevará a cabo un consorcio de científicos de diversos países. La financiación proviene de la convocatoria FET Open – Future and Emerging Technologies, que forma parte del proyecto Horizonte 2020 de la Comisión Europea. Esta convocatoria está dirigida a líneas de investigación revolucionarias y caracterizadas por la combinación de ciencias multidisciplinarias avanzadas con ingenierías de vanguardia. 

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