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Una salida para el biocombustible

Científicos belgas descubren cómo aprovechar los residuos leñosos de cultivos alimentarios

Las mutaciones de una enzima multiplican el rendimiento

Los residuos agrícolas son una fuente sostenible de biofuel. Ampliar foto
Los residuos agrícolas son una fuente sostenible de biofuel.

Los cultivos sembrados específicamente para hacer biocombustible son inconvenientes desde el punto de vista ecológico y alimentario, pero hay una posibilidad mucho más interesante: aprovechar los residuos de los cultivos alimentarios normales, que ahora no valen para nada; el problema es que son leñosos (tienen lignina) y por ello extremadamente difíciles de digerir para iniciar el proceso. Ruben Vanholme y sus colegas de Gante (Bélgica), Dundee (Reino Unido) y Madison (Wisconsin, EE UU) descubren ahora una enzima (CSE, o cafeoil shikimato esterasa) implicada en la síntesis de la lignina y cuyas mutaciones reducen mucho la cantidad de ese compuesto indigerible y así multiplican por cuatro la eficacia de su digestión para hacer biofuel.

La fiebre de los biocombustibles que caracterizó las postrimerías del siglo XX ha bajado muchos grados en los últimos años, principalmente porque los cultivos dedicados específicamente a su producción compiten por valiosos recursos de tierra y agua con la función primordial de la agricultura, que es alimentar a la población y al ganado.

Una alternativa aceptada generalmente, al menos sobre el papel, es la utilización de plantas no comestibles —árboles de crecimiento rápido como el chopo y el eucalipto, por ejemplo— o, mejor aún, los residuos que quedan de los cultivos convencionales tras la cosecha del grano, que en la actualidad son más un estorbo que otra cosa.

Los biocombustibles no están bien vistos porque compiten por recursos naturales

Ninguna de estas fuentes energéticas potenciales competiría con la producción de alimentos, lo que las convierte en una buena opción. El problema es que todas ellas son leñosas, y la lignina —la molécula fundamental de los tejidos leñosos— es extremadamente difícil de digerir para generar los azúcares necesarios para la producción del biocombustible, sea etanol u otro. Este es el escollo que puede disipar el descubrimiento que los científicos han presentado este jueves en Science.

Vanholme y sus colegas han identificado un nuevo gen fundamental en la ruta biosintética de la lignina, la serie de reacciones químicas encadenadas que fabrican ese producto en las células vegetales. Lo han hecho trabajando en Arabidopsis —una mala hierba que los biólogos vegetales utilizan como sistema modelo por sus grandes ventajas para la investigación genética—, pero sus conclusiones pueden aplicarse a cualquier otra planta leñosa, o con residuos leñosos.

Los objetivos

• Los biocombustibles son carburantes producidos a partir de cultivos. Emiten menos CO2 que los fósiles. El transporte emplea un tercio de la energía de la Unión Europea y emite un 25% de las emisiones totales.

•La UE fijó primero como objetivo que el 10% de los combustibles del transporte fueran biocarburantes en 2020. La Comisión Europea aprobó en 2012 rebajarlo a un 5%. La Eurocámara votó por un 6,5% el pasado junio durante la tramitación parlamentaria.

•Los biocombustibles solo podrán ser subvencionados a partir de 2020 si reducen drásticamente las emisiones y no se producen a partir de cultivos para alimentos o piensos.

• La patronal del sector en España asegura que se han invertido 1.800 millones de euros para erigir 48 fábricas de biodiésel y cinco de bioetanol.

• La industria española está funcionando muy por debajo de su capacidad: en 2012, la producción de biodiésel no llegó al 10% de lo que podían generar la cuarentena de plantas existentes.

Sally Benson, directora del Proyecto Global del Clima y la Energía de la Universidad de Stanford, que ha financiado parte de la investigación, considera los resultados “un descubrimiento apasionante y fundamental que ofrece una estrategia alternativa para alterar la lignina en las plantas, y que tiene el potencial de incrementar enormemente la eficacia de la conversión de los cultivos energéticos en biocombustible”. Curiosamente, el GCEP de Stanford recibe apoyo económico de industrias petroleras, energéticas y de automoción (ExxonMobil, GE, Schlumberger y Toyota), que han aportado 150 millones de dólares (113 millones de euros) al proyecto desde 2002.

Las células vegetales no solo poseen una membrana externa basada en compuestos grasos (lípidos), como sus homólogas del mundo animal, sino también una pared celular resistente y rígida. Esa pared celular está hecha sobre todo de lignina y celulosa. Aunque la celulosa es fácilmente digerible por métodos convencionales para producir glucosa —que a su vez se puede fermentar para producir etanol u otros compuestos útiles como biocombustible—, la lignina forma una especie de cemento que rodea a la celulosa y la hace inaccesible a las estrategias de digestión, salvo que se utilicen métodos muy agresivos, energéticamente costosos y dañinos para el medio ambiente.

La utilización de plantas mutantes para la enzima CSE reduciría —como ya se ha demostrado en el modelo Arabidopsis— los niveles de lignina en la pared celular, cuadruplicando la accesibilidad de la celulosa para los métodos de digestión suaves y sostenibles. La idea no solo serviría para la generación de biocombustible, sino también para la fabricación de papel. Las industrias papeleras se cuentan ahora entre las más contaminantes, debido entre otras cosas a la necesidad de degradar la lignina con medios agresivos.

El hallazgo serviría también para la fabricación más limpia de papel

La técnica que han usado Vanholme y sus colegas es el knock-out (KO), o inactivación en el laboratorio del gen que codifica (o significa) la CSE, que ha resultado una enzima clave en la síntesis de la lignina, un hecho que se desconocía hasta ahora y que, en sí mismo, supone un hallazgo notable.

Las plantas KO no solo tienen un 36% menos de lignina en sus paredes celulares, sino que la lignina remanente muestra una estructura alterada que la hace menos resistente. Las dos circunstancias combinadas elevan la tasa de conversión de la celulosa en glucosa del 18% típico de las plantas normales a un 78%, sin necesidad de tratamientos radicales.

La idea de los científicos es buscar entre las plantas energéticas leñosas —chopos, eucaliptos y cultivos alimentarios que dejen residuos aprovechables— formas mutantes naturales que tengan afectado el gen CSE. De no aparecer ninguna, el gen puede ser inactivado con técnicas de ingeniería genética en cualquiera de esas plantas. En el segundo caso, las plantas alteradas deberían considerarse formalmente cultivos transgénicos, lo que podría plantear resistencias ecologistas y de opinión pública en Europa, aunque seguramente no en el resto del mundo.

En cualquier caso, una información pedagógica y transparente puede ayudar a disipar los temores sobre las plantas transgénicas, sobre todo si se tiene en cuenta que en este caso las plantas no estarían destinadas a la alimentación, sino a obtener un tipo de combustible alternativo a la gasolina.

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