Crean una ciberespinaca que atrapa CO2

Un equipo de investigadores ha diseñado unos cloroplastos artificiales a partir de células de espinaca que consiguen imitar la fotosíntesis de forma extremadamente eficiente.

espinacas
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Dos de los grandes retos que la humanidad tiene por delante son, por un lado, producir energía limpia, y por otro, limitar las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera para frenar el cambio climático. Pues bien, las plantas son capaces de hacer las dos cosas mediante la fotosíntesis, un proceso por el que obtienen los azúcares que les dan energía utilizando como ingredientes la luz solar, agua y dióxido de carbono, por lo que de forma paralela fijan carbono.

¿Es posible imitar ese proceso de forma artificial y más eficiente para producir energía limpia y fijar carbono? Ese es el objetivo, aún muy lejano, que pretende alcanzar un equipo de científicos del Instituto Max Planck de Microbiología Terrestre (Alemania), que ha desarrollado una especie de cloroplastos – orgánulos de las plantas en los que se realiza la fotosíntesis- artificiales capaces de convertir dióxido de carbono en azúcar usando luz solar y a través de un proceso químico diseñado en el laboratorio.

Fotosíntesis de laboratorio

Para convertir el CO2 en azúcar, las plantas pueden usar distintas vías metabólicas que implican a enzimas capaces de aprovechar la energía solar o química. En el año 2016, el equipo de investigadores diseñó una nueva vía para realizar esta función en el laboratorio. La denominaron ‘ciclo CETCH’, y consiste en una complicada red de enzimas que consigue ser en torno a un 20 % más eficiente que las vías de fotosíntesis natural.

El siguiente paso, que es el que se describe en un artículo recientemente publicado en la revista Science, era ensamblar este ciclo con el resto de la maquinaria propia de una célula viva. Para ello, los investigadores usaron cloroplastos de células de espinacas y extrajeron los tilacoides, que son una especie de saquitos aplanados en los que se produce la captación de luz. El resultado: una suerte de cloroplastos artificiales en los que los tilacoides obtenidos de las espinacas recogen la energía del sol y posteriormente, las enzimas del ciclo CETCH sintético usan dicha energía para convertir el dióxido de carbono en glicolato, una molécula que forma parte de la ruta fotorrespiratoria y que además puede usarse como materia prima para fabricar productos orgánicos.

Posibles aplicaciones: producción de fármacos y fijación de CO2

Gracias a los avances en el campo de la biología sintética, ya se pueden diseñar microbios para producir moléculas de utilidad en la industria, si bien las células vivas presentan ciertos límites: no se puede sintetizar cualquier cosa ni con la eficiencia deseada. Según los autores de este trabajo, los cloroplastos artificiales podrían producir moléculas que las células vivas no son capaces de obtener.

Otra de las posibilidades sería el uso de estos mini reactores para atrapar dióxido de carbono y contribuir a la mitigación del cambio climático, pero existen bastantes limitaciones para implementar esta tecnología a gran escala. Una de ellas, por ejemplo, radica en que cultivar espinacas y extraer los componentes de sus células es un proceso lento. Una opción sería, según los autores, desarrollar sistemas artificiales que permitan sustituir las membranas de las espinacas.

"A largo plazo, estos sistemas similares a la vida podrían aplicarse a prácticamente todas las áreas tecnológicas, incluidas la ciencia de los materiales, la biotecnología y la medicina”, explica Tobias Erb, uno de los autores. “Solo estamos al comienzo de este emocionante camino”.

Referencia: Miller et al. 2020. Light-powered CO2 fixation in a chloroplast mimic with natural and synthetic parts. Science 368, 649–654

 

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