Una levadura genéticamente modificada produce etanol de segunda generación con azúcares complejos

De acuerdo con un estudio publicado en Scientific Reports, una nueva cepa de este hongo creada en la Universidad de São Paulo exhibió potencial para optimizar hasta en un 60 % la producción del alcohol etílico celulósico sin expandir el área plantada con caña de azúcar

Por Julia Moióli  |  Agência FAPESP – Una nueva cepa genéticamente modificada de la levadura Saccharomyces cerevisiae desarrollada en Brasil mostró en condiciones similares a las industriales potencial como para optimizar hasta en un 60 % la producción de etanol de segunda generación (2G) en el país sin necesidad de expandir el área plantada con caña de azúcar. De acuerdo con resultados dados a conocer en la revista Scientific Reports, esta innovación también podrá abaratar parte de los costos de la industria.

El referido estudio estuvo a cargo de investigadores de la Universidad de São Paulo (USP) y colaboradores, con el apoyo de la FAPESP (proyectos 15/50590-4, 15/50612-8, 17/15477-8, 18/17172-2, 18/01759-4, 19/18075-3, 20/05784-3, 21/04254-3, 22/05731-2 y 22/08958-8).

Las plantaciones de caña de azúcar y su procesamiento agroindustrial generan anualmente millones de toneladas de biomasa lignocelulósica, un residuo de materia orgánica compuesto por lignina, celulosa y hemicelulosa. Esta biomasa, que actualmente se destina solamente a la quema para la generación de energía eléctrica, también puede servir como materia prima para la fabricación del etanol 2G, considerado uno de los combustibles con menor huella de carbono del mundo precisamente porque utiliza residuos del proceso de fabricación del etanol común y del azúcar.

Sin embargo, existe un obstáculo para el uso de la biomasa lignocelulósica: por tratarse de un azúcar complejo, no es metabolizado naturalmente por el microorganismo que se emplea en la producción usual de etanol, la levadura Saccharomyces cerevisiae. Durante la fabricación del combustible 2G, es necesario realizar una etapa extra de pretratamiento, a altas temperaturas y altas presiones, y una etapa de hidrólisis, con enzimas que rompen los azúcares y los dejan disponibles para la fermentación. Recién entonces es posible concretar su conversión en etanol.

En el estudio publicado en Scientific Reports, los científicos echaron mano de secuencias génicas de enzimas existentes en otros hongos para elaborar una nueva versión de la levadura, capaz de transportar y degradar internamente componentes de la hemicelulosa (oligosacáridos) que componen la biomasa lignocelulósica. Los genes se insertaron entonces en S. cerevisiae para dar origen a una nueva cepa.

La nueva levadura, desarrollada en colaboración con investigadores de las universidades de Campinas (Brasil), de Illinois (Estados Unidos) y de Bath (Reino Unido) y testeada en un medio cercano al real (industrial), porta también otras modificaciones importantes. Merced al reemplazo de determinados genes, puede metabolizar ácido acético, un producto de la digestión de la hemicelulosa normalmente no consumido por las levaduras, tóxico y que compromete el proceso de fermentación.

“Trabajamos con ingeniería metabólica para dotar a la levadura de la capacidad de ser autosuficiente en procesos en los cuales no lo sería naturalmente”, explica Dielle Pierotti Procópio, investigadora del Instituto de Química (IQ) de la USP y primera autora del estudio.

La cepa mutante produjo un 60 % más de etanol y un 12 % menos de xilitol (generado a partir de la xilosa) que la cepa de control.

Económica y ambientalmente correcta

El destacado de la nueva levadura es su capacidad de incrementar la producción de etanol de segunda generación sin requerir una expansión del área plantada con caña de azúcar. Asimismo, debido a que es capaz de metabolizar azúcares complejos, la biomasa no necesita pasar por tratamientos químicos severos, un tipo de proceso que suele exigir condiciones específicas de temperatura y presión, que insume más energía y que genera una cantidad considerable de residuos agresivos para el medio ambiente.

Otra ventaja reside en la disminución de los costos para la industria. “Normalmente, los fabricantes deben comprar enzimas que digieren azúcares complejos, lo que encarece considerablemente el proceso: es un costo extra que no existe en la producción del combustible tradicional”, explica Thiago Olitta Basso, docente del Departamento de Ingeniería Química de la Escuela Politécnica (Poli- USP) y coordinador del estudio.

“Asimismo, las condiciones menos rigurosas de pretratamiento generan una disminución de la producción de ciertos compuestos tóxicos, lo que permite una fermentación mejor del etanol de segunda generación y aporta a la consecución de un mayor rendimiento también”, añade Olitta Basso.

De acuerdo con los investigadores, en trabajos futuros se podrá explorar también el potencial de esta nueva levadura para controlar bacterias contaminantes, generalmente bacterias lácticas, que comprometen el rendimiento, pues esos azúcares complejos no son metabolizados por dichos contaminantes. Esto disminuiría el peso ambiental del uso de antibióticos en la industria.

Puede leerse el artículo intitulado Metabolic engineering of Saccharomyces cerevisiae for second-generation ethanol production from xylo-oligosaccharides and acetate en el siguiente enlace: www.nature.com/articles/s41598-023-46293-8.

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