Actualmente, la producción de combustibles, químicos y otros materiales de forma sostenible y económica es uno de los mayores retos de nuestra sociedad. Por muchos años, la biotecnología nos ha permitido usar microorganismos para producir una gran cantidad de sustancias químicas; hoy incluso somos capaces de modificar los genes en estos microorganismos para convertirlos en verdaderas fábricas microscópicas. Sin embargo, el futuro nos está alcanzando, y ahora sabemos que no será suficiente con diseñar súper-microorganismos para producir todo lo que necesitamos y necesitaremos.
Por otro lado, echemos un vistazo a la naturaleza para percatarnos de dos cosas. Primero, que la vida no sería posible sin microorganismos, pues se encuentran prácticamente en todos lados y son los encargados de un sinfín de procesos; por ejemplo, podemos encontrarlos en los océanos produciendo oxígeno, en los suelos como parte de ciclos biogeoquímicos del carbono, nitrógeno y azufre, o en el sistema digestivo de los animales.
Segundo, que los microorganismos no suelen encontrarse solos; forman parte de grupos de microorganismos o comunidades microbianas, también llamadas microbiomas. Las comunidades microbianas se especializan en un entorno para realizar ciertas funciones, por ejemplo, el microbioma humano, formado por todos los microorganismos que habitan nuestra piel, boca, vías respiratorias, intestino, etc., se ha especializado en ayudarnos a obtener nutrientes, a digerir alimentos, producir vitaminas e incluso protegernos de otros microorganismos que causan enfermedades. Otros ejemplos de comunidades microbianas que ya usamos desde hace tiempo son las que encontramos en el tratamiento de aguas residuales, en la producción de alimentos fermentados o en los llamados biofertilizantes.
La principal ventaja de las comunidades microbianas es que pueden hacer cosas muy complejas que no serían posibles hacer con la mejor de nuestras súper-bacterias. Las comunidades microbianas son más resistentes a cambios ambientales y utilizan la división del trabajo, es decir, como en los diferentes departamentos en una empresa, hay diversos microorganismos especialistas en tareas específicas que en conjunto trabajan de forma más eficiente a cómo lo harían si hubiera una sola especie (McCarty and Ledesma-Amaro, 2019). Esto ha llamado la atención de los científicos a tal grado que ahora estamos pensando en el diseño de comunidades microbianas sintéticas o microbiomas sintéticos, que podrían tener un gran número de aplicaciones industriales.
Una comunidad microbiana sintética tendría especies de microorganismos escogidos cuidadosamente para realizar tareas como: descomponer las materias primas en partes más pequeñas, transformar las materias primas en productos e incluso reciclar los posibles desechos, todo en un mismo lugar. La tarea no es sencilla, pues aún desconocemos mucho sobre las interacciones que ocurren en las comunidades microbianas, como la comunicación química o física entre especies y el intercambio de recursos (Lawson, 2021). No obstante, avances de disciplinas como la biología sintética, la biología de sistemas y la ingeniería metabólica han permitido grandes innovaciones en esta área, y permitirán volver realidad el diseño de comunidades microbianas a la carta.
En la Unidad Académica Juriquilla del Instituto de Ingeniería de la UNAM, actualmente trabajamos en el desarrollo de procesos que usan comunidades microbianas y que de forma sostenible aprovechan los residuos orgánicos de algunas industrias para transformarlos en productos de valor agregado, entre ellos, biocombustibles como: metano, hidrógeno, butanol, bioplásticos y sustancias químicas con varias aplicaciones industriales. También estamos muy interesados en estudiar las interacciones entre los microorganismos que prosperan en las comunidades microbianas, y para ello estamos desarrollando modelos computacionales capaces de predecir estas interacciones. En otras palabras, ya estamos dando los primeros pasos hacia el diseño de comunidades microbianas sintéticas que serán más eficientes que las que usamos actualmente.
El futuro es prometedor. Podríamos diseñar comunidades microbianas para que nada se desperdicie; nuestros residuos e incluso el dióxido de carbono que producimos se convertirían en recursos valiosos para producir energía, materiales y productos químicos (Zaramela et al., 2021), haciendo nuestras vidas más cómodas y reduciendo nuestro impacto ambiental.
Referencias
Lawson, C.E., 2021. Retooling Microbiome Engineering for a Sustainable Future. mSystems 6. https://doi.org/10.1128/MSYSTEMS.00925-21
McCarty, N.S., Ledesma-Amaro, R., 2019. Synthetic Biology Tools to Engineer Microbial Communities for Biotechnology. Trends Biotechnol. 37, 181–197. https://doi.org/10.1016/J.TIBTECH.2018.11.002
Zaramela, L.S., Moyne, O., Kumar, M., Zuniga, C., Tibocha-Bonilla, J.D., Zengler, K., 2021. The sum is greater than the parts: exploiting microbial communities to achieve complex functions. Curr. Opin. Biotechnol. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2021.01.013
El doctor Miguel Ángel Vital Jácome es investigador de la Unidad Académica del Instituto de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México, Campus Juriquilla
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