Pegan unas pequeñas celdas fotovoltaicas a las membranas celulares de levaduras para que estas tengan mayor productividad.
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En la ficción científica se han propuesto los ciborgs, que serían mitad humanos y mitad máquinas. No se sabe si se llegará a tanto, pero en el caso de microorganismos se van dando algunos avances.
Desde hace ya bastantes años se vienen empleando microbios para producción de determinadas sustancias por biosíntesis. Basta alimentar a una cantidad de ellos en un biorreactor para que produzcan, por ejemplo, insulina u otras sustancias orgánicas que deseemos.
Últimamente se ha intentado usar pequeñas células fotovoltaícas adosadas a la membrana de este tipo de microorganismos, principalmente bacterias o levaduras, para que así obtengan energía de la luz y se pueda aumentar su potencial biosintético.
Los primeros organismos de este tipo, en concreto bacterias, estaban pensados para fijar dióxido de carbono y producir biocombustibles a partir de la luz del Sol. Esto lo hace la fotosíntesis desde tiempos inmemoriales, pero con un rendimiento muy bajo.
Sin embargo, la empresa se tornó más difícil de lo que se pensaba. De entrada los semiconductores usados en esas mini celdas fotovoltaicas eran tóxicos para los microorganismos y esto dañaba el proceso de biosíntesis.
Entonces se pensó que quizás se pudieran usar microorganismos con un metabolismo más complejo para la misma tarea y que resistieran bien la presencia de semiconductores. Además, quizás esto permitiría extender las aplicación más allá de la producción de biocombustibles e incrementar la productividad.
Así que un equipo multidisciplinar de la Universidad de Harvard formado por Neel Joshi, Junling Guo y Miguel Suástegui se pusieron a pensar sobre el asunto y consiguieron la realización de esta idea con levaduras. Publican ahora sus resultados en Science.
Decidieron usar levaduras de cerveza (Saccharomyces cerevisiae) en lugar de bacterias porque ya son usadas en la industria para producir diversas sustancias y, además, son fáciles de modificar a nivel genético.
Han conseguido diseñar un sistema fotovoltaico que proporciona energía bioquímica a la maquinaria metabólica de estas levaduras. Como resultado producen de una manera más efectiva productos farmacéuticos, como, por ejemplo, un precursor del antiviral Tamiflu: ácido eschicímico.
Las levaduras estaban alteradas genéticamente para que su metabolismo derivara más átomos de carbono hacia la producción de ácido eschicímico y evitando la pérdida de carbono por otros caminos a través de su bloqueo. El trasporte de este carbono se realiza gracias a unas moléculas denominadas NADPH.
Pero para incrementar la productividad se necesitaba más energía que permitiera la captura de más carbono y que así no se agotara en el proceso de producción de ácido eschicímico. Esto lo querían lograr con los semiconductores, que proporcionarían la energía necesaria para generar más NADPH.
Como semiconductor usaron fosfuro de indio recubierto por nanopartículas del mismo compuesto, material que no es tóxico para las levaduras. Pegaron estos sistemas fotovoltaicos a la membrana celular con un pegamento de basado polifenol, adhesivo que además hacía de barrera entre la célula y el semiconductor, por lo que se reducía más la toxicidad. El resultado se puede ver a la derecha de la imagen de cabecera (a la izquierda está representado el modelo).
Al ser iluminadas las levaduras, el semiconductor captaba la energía de la luz para producir electrones libres y que estos podían ser usados como energía por la célula de la levadura al ser transportados desde la membrana celular al citoplasma. Estos electrones elevaban los niveles de moléculas NADPH que ahora podían aumentar la producción de ácido eschicímico hasta multiplicarlo por 11. Esta cifra indicaría que la transferencia de energía de la luz al sistema de producción es eficiente.
Los investigadores implicados sostiene que esta nueva aproximación se puede implementar en otros procesos de producción de fármacos u otros productos para que su síntesis sea más efectiva.
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Fuentes y referencias:
Artículo original. [2]
Foto: Wyss Institute at Harvard University.