{"id":89000,"date":"2009-11-01T00:00:00","date_gmt":"2009-11-01T00:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/2009\/11\/01\/las-artesanas-del-etanol\/"},"modified":"2017-01-30T18:11:57","modified_gmt":"2017-01-30T20:11:57","slug":"las-artesanas-del-etanol","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/las-artesanas-del-etanol\/","title":{"rendered":"Las artesanas del etanol"},"content":{"rendered":"

\"\"EDUARDO CESAR<\/span>En menos de cinco minutos, las cadenas de una gr\u00faa inclinan un volquete y arrojan 30 toneladas de ca\u00f1a sobre una cinta transportadora ubicada en el inicio de la l\u00ednea de producci\u00f3n de az\u00facar y alcohol de Usina Santa F\u00e9, una central emplazada en la localidad de Nova Europa, regi\u00f3n central del estado de S\u00e3o Paulo. El volquete sale y un tractor trae otro y despu\u00e9s otro, d\u00eda y noche, sin parar. La ca\u00f1a avanza por la cinta, pasa por m\u00e1quinas que la trituran y le extraen el jugo verde que se transforma en az\u00facar despu\u00e9s de la purificaci\u00f3n y la evaporaci\u00f3n. Posteriormente, en las llamadas dornas de fermentaci\u00f3n unos tanques de 25 metros de altura, comienza la transformaci\u00f3n del az\u00facar en etanol, que depende de linajes espec\u00edficos de un tipo de hongo, la levadura Saccharomyces cerevisiae<\/em>, el mismo microorganismo unicelular que se emplea para hacer el pan, la cerveza y el vino.<\/p>\n

Hasta hace poco tiempo, no sab\u00edamos qu\u00e9 pasaba all\u00e1 dentro, comenta Cl\u00e1udio C\u00e2mara, gerente de procesos de la central, apuntando hacia los tanques. Solamente sab\u00edamos que la fermentaci\u00f3n terminaba bien. Despu\u00e9s de usar varios linajes de Saccharomyces cerevisiae<\/em> adecuados a menores vol\u00famenes de producci\u00f3n, Santa F\u00e9 adopt\u00f3 una combinaci\u00f3n de cuatro variedades de levaduras para dar cuenta de la producci\u00f3n de un mill\u00f3n de litros de alcohol diarios, que llenan 30 camiones. Fue lo mejor que logramos, dice. A C\u00e2mara le gustar\u00eda usar menos variedades de levadura o menos levadura la fermentaci\u00f3n comienza con 600 kilos de levaduras dentro de un tanque que contiene 80 mil litros de mosto, el az\u00facar diluido. Pero con este volumen de producci\u00f3n, no podemos correr riesgos. Anteriormente reconocidos tan s\u00f3lo por su capacidad de transformar el az\u00facar de ca\u00f1a en alcohol combustible, estos linajes de levaduras son ahora un poco mejor conocidos y respetados.<\/p>\n

Dos estudios uno de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp) y otro de la Universidad Federal de Santa Catarina (UFSC) examinan el conjunto de genes (genoma) de los linajes de levaduras empleadas en la producci\u00f3n de etanol y\u00a0 describen los mecanismos que les permiten producir alcohol con rapidez y\u00a0 eficiencia. Con base en estas informaciones, los investigadores est\u00e1n ahora motivados para buscar o construir variedades m\u00e1s adaptadas a las dornas de fermentaci\u00f3n. A lo mejor el desempe\u00f1o de las levaduras de uso industrial mejora si logramos remover o desactivar algunos genes, cree Gon\u00e7alo Pereira, coordinador del equipo de la Unicamp.<\/p>\n

Uno de los argumentos que alimentan esta posibilidad indica que el rendimiento de la producci\u00f3n de alcohol a\u00fan se ubica debajo del m\u00e1ximo te\u00f3rico. En la actualidad las levaduras producen 0,46 gramo de etanol por cada gramo de az\u00facar, seg\u00fan S\u00edlvio Andrietta, investigador de la Unicamp. El m\u00e1ximo te\u00f3rico es de 0,51, dice. Llegamos al 90% del m\u00e1ximo te\u00f3rico, Si todo sale bien, el impacto econ\u00f3mico puede ser grande. Si la eficiencia del proceso aumenta un 5%, ser\u00e1 una mejora extraordinaria, teniendo en cuenta los elevados vol\u00famenes de producci\u00f3n, dice el ingeniero qu\u00edmico Saul Gon\u00e7alves D\u00c1vila, profesor em\u00e9rito de la Unicamp que acompa\u00f1a a uno de los equipos. Este a\u00f1o, 350 centrales producir\u00e1n 27,5 mil millones de litros de etanol.<\/p>\n

El ahora conocido conjunto de genes propio de las levaduras que producen etanol explica de qu\u00e9 modo esas variedades se volvieron robustas como un jeep, capaces de sobrevivir al calor intenso y de vencer la competencia con las levaduras salvajes que llegan con la ca\u00f1a y con otros microorganismos, todos \u00e1vidos por el az\u00facar abundante existente en los tanques. El proceso de producci\u00f3n de etanol en Brasil es bastante susceptible a la contaminaci\u00f3n por microorganismos que reducen la productividad, comenta Gustavo Goldman, profesor de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP) de Ribeir\u00e3o Preto, especialista en genoma de hongos.<\/p>\n

\"\"EDUARDO CESAR<\/span>Genes de resistencia<\/strong>
\nEstos trabajos muestran que los linajes productores de etanol han acumulado caracter\u00edsticas gen\u00e9ticas propias, que los hacen muy diferentes que el linaje adoptado como referencia: el S288c. Mantenido en el confort del laboratorio,\u00a0 este linaje ha sido examinado y manipulado desde hace m\u00e1s de 10 a\u00f1os: su genoma fue el primero de un microorganismo dotado de n\u00facleo que fue secuenciado y presentado en 1996 en un art\u00edculo cient\u00edfico. Las variedades usadas para producir vino y cerveza tambi\u00e9n han sido bastante estudiadas, mientras que las que hacen etanol llamaron m\u00e1s la atenci\u00f3n en los \u00faltimos a\u00f1os.<\/p>\n

En el marco de un trabajo publicado en 2008, un equipo de la USP encabezado por Luiz Basso hab\u00eda mostrado que los linajes que comienzan a digerir los az\u00facares del jugo de la ca\u00f1a generalmente no eran los que llegaban al final: solamente los m\u00e1s robustos sobreviv\u00edan a las altas temperaturas y a la concentraci\u00f3n creciente de alcohol, y tend\u00edan a dominar, mientras que los m\u00e1s delicados, uno de ellos empleado para hacer el pan, eran reemplazados. Ahora, estos nuevos estudios aclaran de qu\u00e9 manera los primeros logran sobrevivir.<\/p>\n

En uno de los trabajos, publicado el mes pasado en Genome Research<\/em>, especialistas de tres universidades paulistas (la Unicamp, la USP y la Universidad Federal de S\u00e3o Carlos) y de dos de Estados Unidos (las de Carolina del Norte y\u00a0 Duke) analizaron una variedad bastante empleada en la producci\u00f3n de etanol, el linaje Pedra 2, uno de las adoptados en la central Santa F\u00e9, y lo compararon con el linaje de referencia S288c. Ambos tienen 16 cromosomas y alrededor de 6 mil genes, pero cada linaje gan\u00f3 o perdi\u00f3 genes con relaci\u00f3n al otro. Juan Lucas Argueso, investigador brasile\u00f1o que actualmente se encuentra en Duke y que coordin\u00f3 el an\u00e1lisis gen\u00e9tico, cuenta que el linaje Pedra 2 tiene 16 genes que no se encuentran en el linaje de laboratorio y favorecer\u00edan la supervivencia en los tanques de fermentaci\u00f3n. Dos de estos genes otorgan resistencia a la toxicidad del etanol, cuya concentraci\u00f3n aumenta con el avance de la fermentaci\u00f3n. Estos genes fueron identificados hace alrededor de 10 a\u00f1os en linajes de levaduras empleadas para producir sake, que sobreviven en ambientes m\u00e1s t\u00f3xicos, con una concentraci\u00f3n de etanol a\u00fan mayor, dice Argueso. Los linajes que no tienen estos genes son m\u00e1s sensibles al etanol y se mueren m\u00e1s f\u00e1cilmente. Otros dos genes del Pedra 2 son nuevos, sin semejanza con ning\u00fan otro identificado anteriormente, y los investigadores a\u00fan no saben qu\u00e9 funci\u00f3n podr\u00edan tener.<\/p>\n

La regi\u00f3n central de los cromosomas de los dos linajes es estructuralmente id\u00e9ntica. Sin embargo, las regiones perif\u00e9ricas o subtelom\u00e9ricas de los cromosomas del linaje de uso industrial son diferentes y ricas en genes que confieren tolerancia a estreses ambientales, como es el caso de la temperatura elevada, y probablemente ampl\u00edan la eficiencia en la producci\u00f3n de alcohol. En las puntas de los cromosomas se encuentra la mayor\u00eda de los genes propios de este linaje, muchas veces repetidos. Las repeticiones de genes facilitan el intercambio de material gen\u00e9tico entre los cromosomas, que pueden recombinarse r\u00e1pidamente en cada nueva generaci\u00f3n, creando formas bastante distintas, dice Argueso. Esta flexibilidad gen\u00f3mica probablemente explica de qu\u00e9 manera \u00e9se y otros linajes de uso industrial sobreviven a la competencia con otros microorganismos. De acuerdo con este estudio, dicha variedad produce un 50% m\u00e1s alcohol y un 30% m\u00e1s r\u00e1pidamente que el linaje de laboratorio. El Pedra 2 hace lo que puede, no lo que a los industriales les gustar\u00eda, dice Pereira.<\/p>\n

Empezamos ver qu\u00e9 ser\u00eda posible cambiar en el genoma de las levaduras usadas en la producci\u00f3n de etanol, en busca de linajes m\u00e1s productivos, comenta Boris Stambuk, docente de la UFSC que coordin\u00f3 el otro estudio, que saldr\u00e1 publicado en Genome Research. Stambuk, Basso y un equipo de Stanford, Estados Unidos, ya hab\u00edan secuenciado el genoma de otro linaje bastante usado, el CAT-1. Ahora, con Stanford, Stambuk coordin\u00f3 el an\u00e1lisis del genoma de las cinco principales levaduras adoptadas en la producci\u00f3n de etanol en Brasil. De acuerdo con este trabajo, las cepas o variedades de uso industrial, cuando se las compara con la S288c, tienen m\u00e1s copias de genes que participan en la s\u00edntesis de las vitaminas B1 (tiamina) y\u00a0 B6 (piridoxina).\u00a0 Esta peculiaridad facilita la transformaci\u00f3n de az\u00facares en alcohol, que puede matar microorganismos m\u00e1s delicados. En ambientes ricos en az\u00facar como el de la producci\u00f3n industrial de etanol, dice Goldman, estas cepas podr\u00edan tener una ventaja adaptativa sobre otras.<\/p>\n

Goldman conf\u00eda en la posibilidad de construir cepas m\u00e1s adaptadas, mediante ingenier\u00eda gen\u00e9tica o cruzamientos. Los equipos de la Unicamp y de la UFSC se encuentran abocados a explorar algunos caminos para perfeccionar las levaduras que producen el alcohol brasile\u00f1o, pero saben que esto no ser\u00e1 f\u00e1cil ni r\u00e1pido, ni los resultados estar\u00e1n asegurados, debido a la propia robustez de dichos microorganismos. Una de las barreras que deben sortearse es la membrana externa de las levaduras de uso industrial, que impide la entrada del etanol que le ser\u00eda perjudicial y deber\u00eda atravesarse para inducir modificaciones en los genes. Parte de la resistencia de estos linajes a las t\u00e9cnicas de transformaci\u00f3n gen\u00e9tica se debe precisamente a la capacidad de no permitir la entrada de cosas extra\u00f1as, dice Stambuk.<\/p>\n

\"\"EDUARDO CESAR<\/span>Cautela
\n<\/strong>Aun cuando los investigadores logren crear nuevas variedades de levaduras, saben que no deben festejar antes de tiempo: organismos gen\u00e9ticamente modificados que funcionan bien en laboratorio pueden ser un desastre en fermentadores mayores, como los de las centrales azucareras. Pereira ya se decepcion\u00f3 una vez. En 2003, present\u00f3 una cepa de levadura gen\u00e9ticamente modificada que se depositaba en el fondo de los tanques de fermentaci\u00f3n despu\u00e9s de producir alcohol. En el laboratorio era lindo, funcionaba como un relojito, recuerda. Podr\u00eda ser una forma de simplificar la producci\u00f3n de etanol y reducir costos. Pero en equipamientos de mayor porte, las levaduras produjeron menos que los linajes empleados normalmente.<\/p>\n

En esta ocasi\u00f3n, Pereira se rode\u00f3 de gente que sigue lo que hace su equipo, y se la pasa advirtiendo que los resultados obtenidos en laboratorio deben ser tambi\u00e9n factibles desde el punto de vista t\u00e9cnico, econ\u00f3mico y ambiental. Puede ser que encontremos otros linajes mejores estudiando el genoma y entendiendo el comportamiento de las levaduras, dice Andrietta, ingeniero qu\u00edmico y coautor del art\u00edculo en Genome Research<\/em> de octubre.<\/p>\n

Este trabajo de los equipos de Pereira y de Andrietta integra un plan de producci\u00f3n de resinas pl\u00e1sticas a base de etanol coordinado por Braskem, una de las mayores petroqu\u00edmicas del pa\u00eds, ligada al grupo Odebrecht. Dicho proyecto moviliza actualmente a un equipo de tres unidades de la Unicamp que empez\u00f3 a formarse en 2007, cuando Antonio Queiroz, director de competitividad e innovaci\u00f3n de Braskem, arrib\u00f3 a la conclusi\u00f3n de que la producci\u00f3n de pol\u00edmeros verdes pasar\u00eda por procesos biotecnol\u00f3gicos que los investigadores de la empresa a\u00fan no conoc\u00edan. Luego consult\u00f3 a uno de sus ex profesores de ingenier\u00eda qu\u00edmica, Saul D\u00c1vila, y\u00a0 empez\u00f3 a formar un grupo de personas que conf\u00edan unas en las otras y a quienes que les gusta trabajar juntos, dice. De entrada sab\u00edamos que no podr\u00edamos hacer todo solos y deber\u00edamos trabajar en colaboraci\u00f3n. Al menos una vez por mes Queiroz va a la Unicamp a planificar los pr\u00f3ximos pasos con los equipos. Seg\u00fan \u00e9l, el trabajo marcha bien, pero pronto requerir\u00e1 la conformaci\u00f3n de otras alianzas. No puedo hacer todo con la universidad. S\u00e9 hasta d\u00f3nde puedo ir.<\/p>\n

Queiroz sabe tambi\u00e9n que una f\u00e1brica de pl\u00e1sticos derivados de ca\u00f1a dif\u00edcilmente surgir\u00e1 en menos de 10 a\u00f1os, incluso cuando todo marche bien. En menos tiempo, otra empresa del grupo Odebrecht, ETH Bioenergia, podr\u00e1 aprovechar levaduras adaptadas a producir m\u00e1s etanol. Como est\u00e1n en fase de expansi\u00f3n, las cinco centrales de la ETH duplicar\u00e1n su capacidad de molienda, llegando a los 10 millones de toneladas de ca\u00f1a en la pr\u00f3xima zafra. A mediano y largo plazo, queremos usar la biomasa de la ca\u00f1a para hacer productos alternativos, tales como alcoholes especiales, dice Luis Felli, vicepresidente de operaciones agroindustriales de la empresa.<\/p>\n

El equipo de la UFSC tambi\u00e9n tiene un pie en la industria. Stambuk empez\u00f3 a estudiar levaduras industriales en 2004 con Henrique Amorim, ex profesor de la USP de la localidad de Piracicaba y propietario de la empresa Fermentec. Ellos reforzaron el equipo con una central paulista dispuesta a probar las levaduras modificadas en laboratorio en equipamientos de mayor porte. Los resultados que Boris ha obtenido con Henrique son producto de la investigaci\u00f3n b\u00e1sica que se hace en nuestros laboratorios, dice Pedro Soares de Araujo, del Instituto de Qu\u00edmica de la USP, que integra el grupo y orient\u00f3 a Stambuk en el doctorado. Lo notable en nuestro trabajo es precisamente eso: la investigaci\u00f3n b\u00e1sica suministr\u00f3 los elementos necesarios para hacer la investigaci\u00f3n aplicada con gente que tiene una s\u00f3lida formaci\u00f3n cient\u00edfica. Y Stambuk comenta: En 2012 podremos saber se tendremos \u00e9xito o no en el ambiente industrial. Los que trabajan diariamente en la producci\u00f3n de etanol, como C\u00e2mara, de Usina Santa F\u00e9, aguardan ansiosamente.<\/p>\n

Los proyectos
\n1.<\/strong> Rutas verdes para el propeno\u00a0(<\/span>n\u00ba\u00a007\/58336-3<\/a>); <\/span>Modalidad <\/strong>Investigaci\u00f3n en Asociaci\u00f3n para la Innovaci\u00f3n Tecnol\u00f3gica (Pite);\u00a0Coordinador<\/strong>\u00a0Gon\u00e7alo Amarante Guimar\u00e3es Pereira IB\/Unicamp;\u00a0Inversi\u00f3n<\/strong>\u00a0R$ 3.805.396,60 (FAPESP) y\u00a0R$ 3.500.000,00 (Braskem)
\n2.<\/strong> Bioetanol: desarrollo de levaduras industriales brasile\u00f1as para la fermentaci\u00f3n eficiente de az\u00facares presentes en la biomasa; Modalidad<\/strong>\u00a0Auxilio a la Investigaci\u00f3n (pliego del MCT); Coordinador<\/strong>\u00a0Boris Ugarte Stambuk UFSC; Inversi\u00f3n\u00a0<\/strong>R$ 648.717,64 (CNPq)<\/p>\n

Art\u00edculos cient\u00edficos
\n<\/strong><\/em>ARGUESO, J.L. et al<\/em>. Genome structure of a Saccharomyces cerevisiae strain widely used in bioethanol production<\/a>. Genome Research<\/strong>. oct. 2009.
\nSTAMBUK, B.U. et al<\/em>. Industrial fuel ethanol yeasts contain adaptive copy number changes in genes involved in vitamin B1 and B6 biosynthesis<\/a>. Genome Research<\/strong>. En prensa.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Descubrimientos aumentan la productividad de alcohol","protected":false},"author":17,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181,1587],"tags":[276,278,306],"coauthors":[5968],"class_list":["post-89000","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es","category-investigacion-en-colaboracion-para-la-innovacion-tecnologica-en","tag-bioenergia-es","tag-biologia-es","tag-genetica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/89000","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/17"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=89000"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/89000\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=89000"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=89000"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=89000"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=89000"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}