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Ingeniería genética

Mutaciones benéficas

Nuevos linajes de la tradicional levadura Saccharomyces cerevisiae y microorganismos silvestres pueden generar un aumento de la producción de etanol

AbiuroUna de las formas de incrementar la producción de etanol por hectárea plantada de caña de azúcar consiste en generar nuevos linajes y mejorar el desempeño productivo de la levadura Saccharomyces cerevisiae, encargada de transformar el azúcar en alcohol en la etapa de fermentación. En la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar), las investigaciones llevadas adelante por el profesor Anderson Cunha se concentran en seis linajes de levaduras, dos de éstos termotolerantes, es decir, resistentes a las altas temperaturas imperantes en los tanques de fermentación –una característica importante en zonas tropicales– y las otras cuatros resistentes al propio etanol, el cual, durante el proceso, se vuelve tóxico para dichas levaduras.

“El enfoque apunta a hallar los genes de resistencia al calor y al etanol, para transferírselos a linajes adaptados adecuadamente al proceso industrial”, dice Cunha, quien coordina un proyecto financiado por la FAPESP en la modalidad del Programa de Apoyo a la Investigación en Asociación para la Innovación Tecnológica (Pite), en alianza con ETH Bionergia. E incluso utilizar esas levaduras aisladas, en caso de que se adecuen y exhiban una alta eficiencia fermentativa. Debido a que el proceso es abierto, los tanques reciben levaduras que provenientes del aire y de la propia caña de azúcar, que invaden la fermentación.

La investigación que resultó en el proyecto Pite comenzó en 2009, cuando Cunha se asoció a la central São Luís, de la localidad de Ourinhos, en el interior paulista, para hacer un seguimiento del proceso de producción de etanol durante la zafra. Desde entonces, y cada 15 días durante las zafras, se extraen muestras de levaduras de los tanques de fermentación, y posteriormente se las selecciona en laboratorio. “Seleccionamos levaduras morfológicamente distintas a las industriales”, dice Cunha. Posteriormente, se las somete a pruebas de resistencia al etanol y a la temperatura. Debido a que la temperatura en el proceso debe ubicarse alrededor de los 30ºC, para mantenerla constante, es necesario mantener un sistema de enfriamiento en los tanques, lo que implica un costo adicional. “Por eso, si logramos aislar linajes resistentes a los 40ºC, no sería necesario enfriarlos.”

Además de la selección y de los ensayos destinados a hallar los linajes de interés, se hicieron también pruebas de fermentación. Como resultado de este trabajo en el ingenio, se creó un banco de levaduras que actualmente cuenta con alrededor de 400 linajes con distintas características fermentativas, de las cuales se escogieron seis con capacidad para fermentar a altas temperaturas y con altas concentraciones de etanol. A las otras se las está sometiendo a pruebas tendientes a otras finalidades.

Además de avanzar en la producción cada vez mayor de la tradicional Saccharomyces cerevisiae, otras líneas de investigación apuntan hacia otros microorganismos que puedan ayudar en este proceso, a los efectos de incrementar la producción de etanol. Resultados bastante prometedores surgen de los estudios que se llevan adelante bajo la coordinación del profesor Francisco Maugeri Filho, de la Universidad de Campinas (Unicamp), con base en levaduras silvestres extraídas de algunos biomas brasileños –la selva amazónica, el bosque atlántico, el cerrado y el pantanal– en el marco de un proyecto financiado por la FAPESP. “Logramos aislar más de 300 microorganismos en el marco de ese proyecto”, dice Maugeri.

“El objetivo inicial consistía en aislar levaduras únicamente, pero posteriormente verificamos mediante identificación molecular que algunos microorganismos eran hongos polimórficos”, informa. En el proceso de identificación se encontraron levaduras verdaderas –hongos con forma unicelular– y hongos polimorfos que, en medios líquidos, parecen levaduras, tales como el Acremonium strictum, capaz de producir enzimas celulolíticas, es decir, que efectúan la hidrólisis de la celulosa, una característica interesante para la producción de etanol de segunda generación. Una vez identificados los genes que producían estas enzimas, se los clonó inicialmente en la bacteria Escherichia coli, un microorganismo modelo, y posteriormente en la levadura Saccharomyces cerevisiae, para que ésta pudiese degradar la celulosa en glucosa, convirtiéndola posteriormente en combustible.

Esta investigación formó parte del doctorado de Rosana Goldbeck en la Facultad de Ingeniería de Alimentos (FEA) de la Unicamp, dirigido por Maugeri, responsable de la línea de investigación en ingeniería de bioprocesos, y fue codirigido por el profesor Gonçalo Amarante Guimarães Pereira, del Instituto de Biología de la misma universidad. “Los resultados fueron bastante interesantes, pero todavía habrá que recorrer un largo camino hasta su utilización en procesos industriales”, dice Maugeri. Para la siguiente etapa, se encuentran previstos ensayos con levaduras industriales, tales como la Pedra y la Pedra 2, reconocidas por su alta productividad en la fermentación de etanol.

Proyectos
1. Estudio genético y del potencial de levaduras silvestres aisladas en diversas zonas brasileñas apuntando a la producción de bioetanol (nº 2009/ 52198-3); Modalidad Ayuda Regular al Proyecto de Investigación; Coord. Francisco Maugeri Filho/ Unicamp; Inversión 
R$ 184.029,82 (FAPESP).
2. Análisis genómico y transcriptomico de linajes termotolerantes y etanol resistentes de Saccharomyces cerevisiae aislados durante el proceso de producción de etanol – Construcción de plataformas biológicas de uso industrial (nº 2012/ 50064-2); Modalidad Programa de Apoyo a la Investigación en Asociación para la Innovación Tecnológica (Pite); Coord. Anderson Ferreira da Cunha/ UFSCar; Inversión R$ 330.557,02 (FAPESP y ETH Bioenergia).

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